玉米遗传学研究揭示特征沉默机制

一个多世纪以来，植物遗传学家一直将玉米作为一个模型系统来研究，以了解控制性状遗传的规则。最近，一组研究人员发表了一种以前未知的机制，这种机制可以触发玉米中的基因沉默。基因沉默关闭了遗传性状，这是植物育种者的一个重要考虑因素，他们依赖于性状从一代到下一代的忠实遗传。

历史上，玉米的p1基因被玉米遗传学家用作模型。以前的研究人员不知道两种重叠的DNA甲基化标记可以修饰、沉默或激活这个基因。据首席研究员、宾夕法尼亚农业科学院玉米遗传学教授Surinder Chopra称，这一发现增加了遗传学家对非孟德尔遗传机制的了解。

在PLOS一号报告的研究结果中，乔普拉的团队表明，沉默的玉米果皮颜色1基因——调控籽粒外层颜色和穗轴颜色——可以有两个“重叠”的表观遗传成分——RNA依赖的DNA甲基化(RdDM)和RNA不依赖的DNA甲基化(non-RdDM)。

“DNA甲基化是在DNA分子上添加甲基基团，可以在不改变序列的情况下改变DNA片段的活性，”他说。" DNA甲基化通常抑制基因转录，而基因转录是基因表达的第一步."

Chopra解释说，在植物细胞中，基因表达的时间和水平在转录激活和抑制之间受到严格控制。小RNAs——基因调控和表达中的必需分子——可以介导DNA链甲基化，关闭转录活性，因此它们在沉默遗传基因或转基因中发挥作用，从而产生理想的作物性状。

在玉米中，果皮颜色1基因调节被称为根皮素的砖红色类黄酮色素的积累。玉米果皮上的色素沉着和“颖”(覆盖穗轴的膜)取决于果皮颜色1基因的表达。这些模式的一些例子是：白色内核，红色穗轴；红色的仁，红色的轴；杂色玉米粒，杂色玉米棒；红白玉米；白色的玉米粒，白色的玉米棒。

“我们对玉米皮的color 1基因的研究表明，依赖小RNA和不依赖小RNA的机制参与了基因抑制，”Chopra说。“这项研究揭示了小RNA对基因调控的额外水平，并提高了我们对基因表达如何在一个组织中受到特定调控而在另一个组织中不受调控的理解。”

他说，通常，当植物育种者创造新品种时，他们培育的几个性状可能会消失，或者后代的表达会减少。"我们现在知道这是因为基因沉默."

Cho认为，长期需要更好地了解基因沉默机制如何导致所需性状的消失。对于农民来说，购买种子并没有像生产者承诺的那样生长，这可能是灾难性的。

如果一个或多个控制性状的基因由于DNA甲基化重叠而变得沉默，那么该性状基本上从群体中消失。

“对于那些试图培育高产等性状的人来说，这是一个很大的挫折，高产是由几个基因控制的，”乔普拉说。“如果那些对高产至关重要的基因中的一两个变得沉默，就可能导致总产量下降。”

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