猴塞雷

科学观察员
科学赐予人类相信真理的力量

植物将压力的“记忆”传递给后代,使它们更有弹性

植物将压力的“记忆”传递给后代,使它们更有弹性

宾夕法尼亚州立大学(Penn State)的研究人员表示,通过控制一个基因的表达,遗传学家可以在植物中诱导出一种“应激记忆”,这种记忆会被一些后代遗传,使它们有可能获得更旺盛、更耐久、更多产的生长。他们认为,这一发现对植物育种具有重要意义。

因为这项技术是表观遗传学——涉及到现有基因的表达,而不是从另一种植物中引入新的遗传物质——使用这项技术培育的作物可以回避与转基因生物和食品有关的争议。

“一个名为MSH1的基因让我们了解到是什么控制着广泛的植物弹性网络,”农业科学学院的植物科学教授、埃伯利科学学院的生物学教授萨莉·麦肯兹(Sally Mackenzie)说。“当一种植物经历干旱或长时间的极端高温等压力时,它有能力迅速适应环境,变成表型上的‘可塑性’或柔韧性。”

研究人员解释说,有许多方法可以使MSH1基因失活,在这种情况下,这些方法都有效。在研究充分的植物物种中,如拟南芥、番茄或水稻,有可能识别基因突变。在其他方面,在商业测试中,可以设计一种转基因,使用“RNA干扰”来专门针对MSH1进行基因沉默。他们报告说,任何使MSH1沉默的方法都会导致非常相似的结果。

植物将压力的“记忆”传递给后代,使它们更有弹性

Mackenzie指出:“当植物经过表观遗传修饰后,它们可以尽可能简单地修饰许多基因。”这包括调整生物钟探测光,触发生长和繁殖阶段,以及调整激素反应,使它们具有最大的灵活性,使它们更有弹性。

在MSH1基因沉默后“检测”到胁迫的植物可以调整生长和改变根系结构,限制地上生物量,延迟开花时间,改变对环境刺激的反应。研究人员报告说,这些反应被“记住了”,并通过选择性繁殖代代相传。

“在我们的研究中,我们表明这种记忆状况是由后代遗传的,但只发生在一部分的后代中——所以有记忆和非记忆完整的兄弟姐妹,”劳埃德和多蒂·哈克功能基因组学主席Mackenzie说。“这会导致可定义的基因表达改变,从而影响植物的表型可塑性。“我们认为所有的植物都有这种能力,我们所描述的条件可能是植物将环境记忆传递给先决条件后代的重要部分。”

宾夕法尼亚州立大学植物研究所主任Mackenzie指出,通过调整植物的表观遗传结构,研究人员能够访问植物的弹性网络,并了解基因是如何快速和广泛地表达,从而调整植物的生长以适应环境。

植物将压力的“记忆”传递给后代,使它们更有弹性

研究人员确定了促进根系生长和提高植物活力产量的途径。他们今天(5月5日)在《自然通讯》上发表了他们的研究结果。当一个msh1修饰的植物被交叉或嫁接,这种增强的植物活力变得相当明显。

研究人员认为,在不改变基因型的情况下,植物可以通过表观遗传学的方式“重新编程”,以不同的方式表达基因,这构成了一种非传统的育种方法。因为他们现在可以确定基因网络似乎是这种操纵的目标,研究人员报告说,植物有应对压力或改变生长的机制,这些机制可以被利用。

研究人员将他们的努力集中在小型开花植物,拟南芥,或岩芥,一种十字花科卷心菜和芥菜的亲戚。它是用于研究植物生物学的模式生物之一,也是第一个完成其全基因组测序的植物。拟南芥具有世代短、自花传粉高产的特点,是一种优良的遗传材料。研究人员培育了五代拟南芥来研究“记忆”和“非记忆”植物。

在Mackenzie实验室已经进行的后续研究中,研究人员抑制了番茄和大豆植株中的MSH1基因,并进行了嫁接实验,取得了很好的效果。一项大规模种植msh1转基因油菜的实验正在进行中。

猴塞雷 版权所有,未经允许不得转载:猴塞雷 » 植物将压力的“记忆”传递给后代,使它们更有弹性
分享到: 更多 (0)

猜你也想读下面的文章: