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揭開58年前的玉米基因之謎可能會對植物育種產生影響

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-15瀏覽次數:1737

研究人員正在發現一種“轉向”另一種基因的基因,該基因是玉米中發現的紅色素的原因。近六十年前,研究人員解開了一個謎團,其中一個可能是未來的植物育種。產生影響。

作為20多年工作的高潮,1997年,賓夕法尼亞州立大學玉米遺傳學教授Surinder Chopra從突變玉米系中獲得種子。當時,喬普拉是愛荷華州立大學的博士后研究員,2000年加入賓夕法尼亞州立大學時,他帶來了他的研究。

這個謎團涉及一種自發的基因突變,導致紅色色素出現在各種玉米植物組織中,如籽粒,玉米穗軸,穗,絲,甚至莖,代代相傳,然后在后代中消失。對于不熟悉的人來說,這似乎是一個小問題,但由于玉米遺傳學早已被研究作為一個模型系統,這個問題對植物生物學很重要。

“在玉米中,參與色素生物合成的基因已經在遺傳研究中使用了一個多世紀 - 玉米中的色素沉著是一個相對簡單的特征,使其成為用作遺傳研究標記的理想選擇,”Chopra說。 “Charles Burnham博士(明尼蘇達大學)在1960年鑒定了突變玉米植物并將其交給了他的一個學生Derek Styles。我們在1997年收到了Styles的種子,我們被委托繼續這項研究。

Chopra正在努力將來自突變體玉米(稱為Ufo1 - 橙色1的不穩定因子)的基因滲入各種近交玉米品系進行研究。自從他來到賓夕法尼亞州立大學以來,喬普拉農業科學研究所的研究小組已經在賓夕法尼亞州農場和校園溫室種植并歸還了玉米植物。在過去三年中,研究人員最近在植物細胞中發表了他們的研究結果,他們已經開發了4,000多種回交植物來繪制基因組中Ufo1的位置。

利用這些雜交植物的組織,利用RNA測序技術和基因克隆工具,以及植物遺傳學家最近剛剛獲得的下一代測序,遺傳作圖和數據分析能力,研究人員揭示了罪魁禍首。再次,一次又一次,紅色玉米的神秘感。他們發現了Ufo1,它只存在于玉米,高粱,大米和小米中。

但是Ufo1突變基因實際上并沒有導致紅色素出現在玉米中 - 這是由一種叫做Peel pigment 1或p1的基因引起的。研究人員發現,Ufo1基因實際上是由轉座子控制的 - “跳躍基因” - 接近Ufo1基因。轉座子是從基因組中的一個位置移動到另一個位置的DNA序列,并且可以影響附近的必需基因的表達。

當轉座子打開時,Ufo1基因也被打開,這觸發p1基因向植物發出信號以產生紅色色素。但是當關閉轉座子時,Ufo1基因變得沉默,p1控制的色素途徑也是如此。根據Chopra的說法,這是Ufo1基因長期未知的主要原因,這個謎仍然存在。

“我們可以將其縮小為數千個在Ufo1突變體和野生型植物中異常表達的基因中的單個基因,”他說。 “這是一個漸進的發現,但它是基礎科學的一次飛躍,因為它可能對種植育種者有價值。”

目前還不完全清楚Ufo1如何與p1基因相互作用。與玉米植物中Ufo1突變基因的對照相比,該發現的未來意義可能與紅色色素的相關性較小。喬普拉認為它可能是一個“主要調節因子”,當過度表達時,即使沒有壓力也會給植物發出信號。有趣的是,Chopra指出,在Ufo1植物中,糖類在葉子中積累過多,并且由玉米植物制成的天然殺蟲劑maysin的含量在絲綢中顯著增加。

“了解正常或非突變Ufo1基因調控的控制將使我們更接近真正的繁殖過程,我們可以修復基因表達以獲得更高的maysin含量或增加糖含量,這在作物中很重要。它是保護害蟲和生物燃料生產,“喬普拉說。

“而且,由于它對細胞機器的運行有重大影響,我們現在可以更多地了解壓力應用于植物時通常會發生的基本分子途徑,”他說。 “由于氣候變化,了解極端高溫,寒冷和水引起的植物壓力非常重要。”

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