58年前揭开玉米基因之谜可能对植物育种产生影响

研究人员正在发现一种“开启”另一种基因的基因，这种基因负责玉米中常见的红色素。研究人员解决了近六十年前的一个谜团，其中一个发现可能会对未来的植物育种产生影响。

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

这个谜团涉及到一个自发的基因突变，它导致各种玉米植物组织中出现红色素，如谷粒、穗轴、穗、丝甚至茎，这种现象持续了几代，然后在随后的后代中消失。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作为模式系统来研究，所以这个问题对植物生物学意义重大。

“在玉米中，参与色素生物合成的基因已被用于遗传研究超过一个世纪——玉米中的色素沉着是一个相对简单的特征，这使它成为遗传研究标记的理想选择，”乔普拉说。查尔斯伯纳姆博士(明尼苏达大学)在1960年发现了这种突变的玉米植株，并将这种种子交给了他的一个学生德里克斯泰尔斯。我们在1997年收到了Styles的种子，我们被委托继续我们的研究。”

Chopra致力于将突变玉米(称为Ufo1-Orange 1的不稳定因子)的基因渗入各种玉米自交系的研究。自从他来到宾夕法尼亚州立大学，乔普拉农业科学院的研究团队在宾夕法尼亚州立农业农场和校园温室种植和回交玉米株系。在过去的三年里，研究人员最近在植物细胞上发表了他们的研究成果。他们已经培育了4000多株回交植物来绘制Ufo1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，以及植物遗传学家直到最近才能获得的新一代测序、基因图谱和数据分析能力，研究人员揭示了罪魁祸首。一次又一次，红色素玉米之谜。他们发现了Ufo1，它只存在于玉米、高粱、大米和小米中。

但是Ufo1突变基因实际上并不会导致玉米中出现红色素——它是由一种叫做果皮色素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——“跳跃基因”——控制的，与Ufo1基因接近。转座子是在基因组中从一个位置移动到另一个位置的DNA序列，可以影响附近必需基因的表达。

转座子开启时，Ufo1基因也开启，触发p1基因向植物发出信号，产生红色素。但是当转座子关闭时，Ufo1基因变得沉默，p1控制的色素途径也是如此。乔普拉认为，这是Ufo1基因长期不明的主要原因，这个谜团依然存在。

“我们可以将它缩小到成千上万个基因中的一个基因，这些基因在Ufo1突变体和野生型植物中异常表达，”他说。“这是一个渐进的发现，但这是基础科学的一个飞跃，因为它可能对育种者有价值。”

目前还不完全清楚Ufo1是如何与p1基因相互作用的。与玉米植株中Ufo1突变基因控制的相比，这一发现的未来意义可能与红色素关系不大。人们认为chopra可能是一个“主要的调节因子”，当它过量表达时，即使没有压力，它也会向植物发出信号。有趣的是，Chopra指出，在Ufo1植物中，糖在叶片中过度积累，玉米植物制成的天然杀虫剂maysin在蚕丝中的含量急剧增加。

“了解控制正常或非突变Ufo1基因调控的内容将使我们更接近真实的育种过程，在这个过程中，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，这在作物中非常重要，即保护害虫和生物燃料生产，”chopra说。

“此外，由于它对细胞机械的运作有着重要的影响，我们现在可以了解更多关于压力作用于植物时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、寒冷和水对植物的胁迫非常重要。”

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！