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揭开58年前的玉米基因之谜可能会对植物育种产生影响

文章作者:优博时时彩平台开户发布时间:2020-01-15浏览次数:1737

研究人员正在发现一种“转向”另一种基因的基因,该基因是玉米中发现的红色素的原因。近六十年前,研究人员解开了一个谜团,其中一个可能是未来的植物育种。产生影响。

作为20多年工作的高潮,1997年,宾夕法尼亚州立大学玉米遗传学教授Surinder Chopra从突变玉米系中获得种子。当时,乔普拉是爱荷华州立大学的博士后研究员,2000年加入宾夕法尼亚州立大学时,他带来了他的研究。

这个谜团涉及一种自发的基因突变,导致红色色素出现在各种玉米植物组织中,如籽粒,玉米穗轴,穗,丝,甚至茎,代代相传,然后在后代中消失。对于不熟悉的人来说,这似乎是一个小问题,但由于玉米遗传学早已被研究作为一个模型系统,这个问题对植物生物学很重要。

“在玉米中,参与色素生物合成的基因已经在遗传研究中使用了一个多世纪 - 玉米中的色素沉着是一个相对简单的特征,使其成为用作遗传研究标记的理想选择,”Chopra说。 “Charles Burnham博士(明尼苏达大学)在1960年鉴定了突变玉米植物并将其交给了他的一个学生Derek Styles。我们在1997年收到了Styles的种子,我们被委托继续这项研究。

Chopra正在努力将来自突变体玉米(称为Ufo1 - 橙色1的不稳定因子)的基因渗入各种近交玉米品系进行研究。自从他来到宾夕法尼亚州立大学以来,乔普拉农业科学研究所的研究小组已经在宾夕法尼亚州农场和校园温室种植并归还了玉米植物。在过去三年中,研究人员最近在植物细胞中发表了他们的研究结果,他们已经开发了4,000多种回交植物来绘制基因组中Ufo1的位置。

利用这些杂交植物的组织,利用RNA测序技术和基因克隆工具,以及植物遗传学家最近刚刚获得的下一代测序,遗传作图和数据分析能力,研究人员揭示了罪魁祸首。再次,一次又一次,红色玉米的神秘感。他们发现了Ufo1,它只存在于玉米,高粱,大米和小米中。

但是Ufo1突变基因实际上并没有导致红色素出现在玉米中 - 这是由一种叫做Peel pigment 1或p1的基因引起的。研究人员发现,Ufo1基因实际上是由转座子控制的 - “跳跃基因” - 接近Ufo1基因。转座子是从基因组中的一个位置移动到另一个位置的DNA序列,并且可以影响附近的必需基因的表达。

当转座子打开时,Ufo1基因也被打开,这触发p1基因向植物发出信号以产生红色色素。但是当关闭转座子时,Ufo1基因变得沉默,p1控制的色素途径也是如此。根据Chopra的说法,这是Ufo1基因长期未知的主要原因,这个谜仍然存在。

“我们可以将其缩小为数千个在Ufo1突变体和野生型植物中异常表达的基因中的单个基因,”他说。 “这是一个渐进的发现,但它是基础科学的一次飞跃,因为它可能对种植育种者有价值。”

目前还不完全清楚Ufo1如何与p1基因相互作用。与玉米植物中Ufo1突变基因的对照相比,该发现的未来意义可能与红色色素的相关性较小。乔普拉认为它可能是一个“主要调节因子”,当过度表达时,即使没有压力也会给植物发出信号。有趣的是,Chopra指出,在Ufo1植物中,糖类在叶子中积累过多,并且由玉米植物制成的天然杀虫剂maysin的含量在丝绸中显着增加。

“了解正常或非突变Ufo1基因调控的控制将使我们更接近真正的繁殖过程,我们可以修复基因表达以获得更高的maysin含量或增加糖含量,这在作物中很重要。它是保护害虫和生物燃料生产,“乔普拉说。

“而且,由于它对细胞机器的运行有重大影响,我们现在可以更多地了解压力应用于植物时通常会发生的基本分子途径,”他说。 “由于气候变化,了解极端高温,寒冷和水引起的植物压力非常重要。”

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