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揭开58年的玉米基因之谜可能会对植物育种产生影响

日期:
2019年1月18日
来源:
宾夕法尼亚州立大学
简介:
研究人员发现了一种突变基因,可以“开启”另一种负责玉米中红色色素的基因,这一发现解开了一个持续了近60年的谜团,这一发现可能对未来的植物育种产生影响。
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研究人员发现了一种突变基因,可以“开启”另一种负责玉米中红色色素的基因,这一发现解开了一个长达60年的谜团,这一发现可能会对未来的植物育种产生影响。

1997年,宾夕法尼亚州立大学(Penn State)玉米遗传学教授苏林德·乔普拉(Surinder Chopra)收到了一种突变玉米的种子,这是20多年工作的高潮。当时,乔普拉是爱荷华州立大学的博士后学者,他在2000年加入宾夕法尼亚州立大学时就带着这项研究。

这个谜团涉及到一种自发的基因突变,这种突变导致红色色素出现在各种玉米植物组织中,如玉米粒、玉米棒、穗子、丝甚至茎,持续几代,然后在随后的后代中消失。对于外行人来说,这似乎是一个小问题,但由于玉米遗传学长期以来一直作为一个模型系统进行研究,这个问题对植物生物学具有重要意义。爱博网投领导者

乔普拉说:“在玉米中,参与色素生物合成的基因已经被用于基因研究一个多世纪了——玉米的色素沉着是一个相对简单的特征,这使得它成为基因研究的理想标记。”1960年,明尼苏达大学的查尔斯·伯纳姆博士(Dr. Charles Burnham)发现了这种突变的玉米植株,并把种子给了他的学生德里克·斯特尔斯。1997年,我们从斯泰尔斯那里得到了种子,并被委托继续研究。”

乔普拉领导了一项研究,将这种被称为Ufo1(橙色不稳定因子)的突变玉米的基因引入到各种待研究的自交系中。自从他来到宾夕法尼亚州立大学以来,乔普拉在农业科学学院的研究小组已经在宾夕法尼亚州立大学农学农场和校园温室里种植和回交了玉米植株。在过去的三年里,研究人员最近在植物细胞研究人员已经种植了4000多株回交植物,以绘制不明飞行物一号致病基因在基因组中的位置。

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,以及下一代测序、基因图谱和数据分析能力,直到最近,植物遗传学家才开始使用这些技术,研究人员揭开了玉米红色色素时断时续之谜的罪魁祸首。他们发现了只存在于玉米、高粱、大米和谷子中的Ufo1。

但Ufo1突变基因实际上并没有导致玉米出现红色色素——红色色素是由一种名为果皮颜色的基因(简称p1)引起的。研究人员发现,Ufo1基因实际上是由一个转座子控制的——“跳跃基因”——它位于Ufo1基因附近。转座子是从基因组中一个位置移动到另一个位置的DNA序列,并且可以影响附近必需基因的表达。

当这个转座子被打开时,Ufo1基因也被打开,从而触发p1基因向植物发出信号,使其产生红色色素。但是当转座子关闭时,Ufo1基因就会沉默,p1控制的色素途径也会沉默。乔普拉说,这就是为什么不明飞行物基因这么长时间没有被发现,而且这个谜团一直存在的主要原因。

“我们能够将其缩小到几千个基因中的一个基因,这些基因在Ufo1突变株和野生型植物中异常表达,”他说。“这是一个渐进的发现,但它是基础科学的一个飞跃,因为它可能对植物育种者很有价值。”

目前尚不完全清楚不明飞行物如何与p1基因相互作用。这一发现的未来意义可能与红色色素的关系不如Ufo1突变基因在玉米植物中的控制关系大。乔普拉认为,它可能是一个“主调节器”,当过度表达时,即使在没有压力的情况下,也会向植物发出信号,表明它处于压力之下。乔普拉指出,有趣的是,在Ufo1植物中,糖在叶片中过度积累,玉米植物产生的一种天然杀虫剂maysin的含量在蚕丝中急剧增加。

乔普拉说:“了解是什么控制了正常或非突变的ufo1基因的调控,将使我们更接近一个现实的育种过程,在这个过程中,我们可以通过修改基因表达来获得更高的蛋白含量或更高的糖含量,这对作物免受害虫侵害和生物燃料生产都很重要。”

“而且,因为它对细胞机制的运作有明显的影响,我们现在可以进一步了解植物在压力下通常发生的基本分子途径,”他说。“由于气候变化,了解极端高温、寒冷和水对植物造成的压力很重要。”

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故事来源:

材料所提供的宾夕法尼亚州立大学.Jeff Mulhollem原创。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. cameron Wittmeyer,崔瑾,Debamalya Chatterjee,李子芬,谭其贤,薛维雅,焦银萍,王宝豪,Iffa Gaffoor, Doreen Ware, Blake C. Meyers, Surinder Chopra。玉米突变不稳定因子orange1的显性和低渗透表型是由一个连锁转座子的DNA甲基化变化引起的植物细胞, 2018;tpc.00546.2018 DOI:10.1105 / tpc.18.00546

引用此页

宾夕法尼亚州立大学。“揭开58年的玉米基因之谜可能对植物育种产生影响。”《科学日报》。《科学日报》,2019年1月18日。< www.koonmotors.com/releases/2019/01/190118083216.htm >。
宾夕法尼亚州立大学。(2019年1月18日)。揭开58年的玉米基因之谜可能会对植物育种产生影响。《科学日报》.2023年6月22日检索自www.koonmotors.com/releases/2019/01/190118083216.htm
宾夕法尼亚州立大学。“揭开58年的玉米基因之谜可能对植物育种产生影响。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2019/01/190118083216.htm(2023年6月22日访问)。

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