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添加有益性状未必高产

2017-06-09 11:19   作者:采集侠    文章来源:网络整理

 
 
添加有益性状未必高产  
 

添加有益性状未必高产

利用基因编辑和杂交育种来“微调”,提高了番茄产量。Lippman lab, CSHL供图

在植物和动物育种中,通常会涉及到简单的加法。当发现了新的有益性状,如更抗旱或果实更大,就会被人们通过杂交育种的方式添加到现有品种上。不过,偶尔也会发生添加一个有益性状导致净减法的情况。这是由于隐藏在现有基因和新添加性状基因之间的互相作用。

美国冷泉港实验室(CSHL)植物遗传学家团队在《细胞》(Cell)上发表了一篇论文,演示了如何汇集有益性状却产生消极的后果,也展示了如何利用这方面的知识,以从植物上获得未开发的产量潜力。他们通过植物杂交来获得结论。

“研究的第一个例子是,我们知道的一个驯化基因阻碍了作物改良。”冷泉港实验室副教授Zachary Lippman领衔了这项研究,他表示,“这项工作表明了基因‘剂量’是如何被利用来微调和提高主要产量的性状的。”

基因之间的相互作用,不管是好的还是坏的,都称为上位。这项研究还表明通过识别和分析动植物繁殖负面上位的类似案例,人们可以打破农业现有生产力的障碍。

几乎所有今天种植的番茄,包括每一个你曾经吃过的,都携带一个基因特点,它可能出现在8000至10000年前的农业曙光之前。这种古老的基因突变使早期驯化的番茄植株在果实上面长出更大的绿叶帽。

尽管不知道祖先们为什么觉得绿叶帽大了好,但这种性状穿越历史,成为大多数现代番茄品种基因组的一部分。

Lippman团队追踪的第二次基因突变首先出现在20世纪中期一家公司的番茄地里。这次基因突变带来了戏剧性的变化——无缝。新基因改变了花柄离区结构,所谓无缝,意味着没有关节。

其实对战后的工业种植者而言,这是一个绝妙的改变。不是正好可以干净利落地分离果实了吗?而且摘下放到容器中后,也没有残留的茎穿刺其他番茄。

研究团队认识到古老的“绿帽基因”和现代的“无缝基因”有关系。Lippman表示,“这两个基因在被选中时都被认为是有益的,但放在同一植物上就有负面作用了。”古老的基因让绿帽变大,阻碍了无缝这一基因的利用。

育种者和种植者都不知道为什么无缝植株有太多的枝来开花,这称为花序。“花序越多,开花越多。”Lippman表示,“事实上这只是增加产量的一种方式。如果番茄或其他植物开了太多的花,它有没有足够的资源把这些花变为果实呢?其结果是‘生育率’实际下降了。”

“我们团队想了解花序分枝和产量关系的遗传基础。”Lippman解释说,他们推断可以通过了解负责分枝和开花的基因的相互作用来得出答案。并且,“在无缝的情况下,提出一个更加平衡的版本,弱分枝也能意味着多花多果,却不使植物负担过重,产量也将增加”。

完全否定无缝赋予番茄植株的特质——分枝大爆发是不必要的。团队能够捕捉和利用这一潜力,调整负责绿帽大小的基因“剂量”,而不是清零了分枝的影响。

育种者终于找到一种方法来抵消不必要的分枝,这使他们能够利用无缝的突变优势。番茄花序形状就像人们熟悉的葡萄藤那样,单茎挂果,排列在线性锯齿图案上。结果是弱枝番茄品种也是无缝的,容易机械收获,而且有更多的果实。

“可能有更多的基因之间隐藏着不太明显的互相作用,阻碍了育种者和农民意识到它们全部的遗传潜力。”Lippman说。这一战略的确定,逆转负基因交互作用,可以帮助改善其他作物,也能用于驯养的动物上。(王方编译)

《中国科学报》 (2017-05-31 第6版 科研)

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