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研究人员解开控制玉米红色色素的基因谜团
日期:2019-02-12 作者:编译:串丽敏 来源:农科智库 点击:
     研究人员发现了一个突变基因,该基因能“开启”另一个控制玉米红色色素的基因,这一发现解开了一个近60年的谜团,而且对未来的植物育种有着启示作用。
    这一未解之谜涉及一种自然基因突变,导致红色色素在几代玉米植株的不同组织中显现,例如谷粒、穗轴、雄穗、花丝、甚至是茎秆,然后在接下来的后代中又消失。这一现象在外行人看来似乎无足轻重,但是因为玉米遗传一直作为模式系统得到研究,所以这一问题对植物生物学有着重要影响。
    这项工作开始于1997年,至今已开展了20多年。当时,宾夕法尼亚州立大学玉米遗传学博士苏林德·乔普拉(SurinderChopra)从一排基因突变的玉米中获得了种子。乔普拉领导的研究将突变玉米基因(命名为Ufo1,橙色1的不稳定因子)导入到各种待研究的自交玉米系中,并在宾夕法尼亚州农场和校园温室种植和回交了玉米植株。过去三年里,研究人员在《ThePlant Cell》)上发表了他们的研究成果,并种植了4000多株回交植物,以绘制出导致Ufo1的基因在基因组中的位置。
    研究人员利用这些杂交玉米植株中的组织,并运用核糖核酸测序技术和基因克隆工具,结合下一代测序、遗传图谱和数据分析技术,揭示了导致玉米中时有时无的红色色素的机制,而且他们发现了Ufo1只存在于玉米、高粱、水稻和谷子中。
    但事实上Ufo1突变基因并没有导致玉米中出现红色色素,而是一种叫果皮色素1(pericarpcolor1,p1)的基因导致的。研究员们发现Ufo1基因实际上是由一个位于Ufo1基因附近的转座子“跳跃基因”控制的。转座子是从基因组中的一个位置移到另一个位置的DNA序列,可以影响附近基本基因的表达。
    当这个转座子被打开时,Ufo1基因也被打开,它触发p1基因向植物发出信号,产生红色色素。但当转座子关闭时,Ufo1基因沉默,p1控制色素通路。这就是Ufo1基因长时间没有被发现以及秘密一直未被解开的主要原因。
研究人员指出,现在可以从野生玉米植株中Ufo1基因突变表现异常的几千个基因中缩小范围到一个基因上。这是一个有意义的发现,也是基础科学中的跨越式一步,因为这对于植物育种价值重大。
但是目前还不完全清楚Ufo1如何与p1基因相互作用。这一发现的意义可能不是红色色素,而是Ufo1突变基因如何控制玉米植株。研究者认为这可能是一种“主要调控器”,在植物处于胁迫或非胁迫时,它向植物发出信号。有趣的是Ufo1基因控制的植物中,糖在叶片中大量积聚,并且玉米植株中的天然杀虫剂可凝性球蛋白含量在花丝中急剧上升。
    研究人员表示,了解控制正常或是非突变Ufo1基因的物质会进一步帮助实现育种,并在育种过程中可以改变基因表达,从而提高玉米的可凝性球蛋白含量或是糖含量,这两者分别对预防害虫和生产生物燃料至关重要。
    此外,由于这对细胞功能有着显著影响,因此可以进一步理解植物通常在胁迫作用下发生的基本分子途径。由于气候变化,了解极端条件如高温、严寒和干旱对植物产生的胁迫至关重要。
(来源:Science Daily  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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