对于希望提高作物产量的植物遗传学家来说需要重视的基因组问题

【字体: 时间:2022年03月29日 来源:scitechdaily biology

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  对李普曼来说,这个教训是,通过基因组编辑来优化作物可能需要对重复基因进行盘点。作物开发者需要了解重要的基因在进化过程中是如何被复制、删除和改变的。这使得科学家能够开发出更可预测的作物改良方法。

  

Genetically Modified Plants Concept

当植物遗传学家发现一种可以提高作物产量的基因时,他们想尝试将同样的改变插入其他作物中。但是冷泉港实验室教授和HHMI研究员Zachary Lippman警告说,仅仅知道单个基因的作用是不够的。他发现,了解基因组中可能隐藏着哪些其他密切相关的基因,以阻止预期的改进是有好处的。

在发表在《自然植物》杂志上的一项研究中,李普曼和前博士后曹旭(现在在北京的中国科学院)及其同事展示了植物基因组中的双倍体是如何使作物开发者的计划复杂化的。双倍体(副本)在植物中很常见。许多基因是原始基因的“副本”。但基于他的团队令人惊讶的发现,Lippman说,有一个很好的基因编辑候选人不足以预测计划中的改变的结果,“在重复基因的背景下缺乏可预测性,确实需要在设计作物改进时开眼界。”

调整一种植物的基因可以增加理想的性状,但改变另一种植物的相同基因可能不会产生相同的结果。经过clv3基因改造的烟草植株可以产生更大、更多的茎、枝和花组织。CSHL的研究人员发现,在进化相关的植物中,相同的突变会产生不同的影响。资料来源:Kwon Choon-Tak /Lippman实验室/CSHL, 2022

该小组研究了clv3基因。这种基因会产生一种蛋白质,限制植物组织的生长。clv3的突变在许多国内植物中导致了更高的产量。例如,在西红柿中,clv3基因的突变与更大的果实和更多的种子部分有关。Lippman的团队在番茄、烟草、樱桃和矮牵牛花中引入了相同的clv3基因突变。这四种植物都是茄科植物,也被称为茄属植物。Lippman和他的同事希望看到类似的结果,但他的发现很有趣。

在烟草方面,影响是显著的,某些种植区的面积增加了一倍。这种变化是由于植物的clv3备份基因的损失。在番茄中,副本的基因部分地缓冲了clv3基因的突变,因此其影响较为温和。在碎樱桃和矮牵牛花中,clv3的突变几乎没有影响。这两种植物都有clv3类基因,这些基因补偿了研究人员对clv3基因所做的改变。

对李普曼来说,这个教训是,通过基因组编辑来优化作物可能需要对重复基因进行盘点。作物开发者需要了解重要的基因在进化过程中是如何被复制、删除和改变的。这使得科学家能够开发出更可预测的作物改良方法。

来源:《植物干细胞控制中的小信号肽补偿的动态进化》,2022年3月28日,《自然植物》。DOI: 10.1038 / s41477 - 022 - 01118 - w

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