利用植物育種的表觀遺傳變異
表觀遺傳變化可以在不改變基因序列的情況下帶來新的特征。這可以使植物對(duì)環(huán)境的變化做出更快的反應(yīng)。蘇黎世大學(xué)的植物生物學(xué)家現(xiàn)已證明,表觀遺傳變異也可以選擇并可以遺傳。這可以擴(kuò)大作物育種的可能性。
傳遞給子細(xì)胞或后代的基因序列不是決定細(xì)胞和生物特征的唯一因素。不改變基礎(chǔ)DNA序列的遺傳物質(zhì)中的化學(xué)變化也在控制哪些基因是活性的或無活性中起作用。甲基化是一種這樣的表觀遺傳標(biāo)記,其涉及向DNA中的特定堿基添加小化學(xué)基團(tuán)。表觀遺傳變異在人類和哺乳動(dòng)物中的遺傳作用是有爭(zhēng)議的; 但是,也有幾個(gè)例子可以說明表觀遺傳的植物。
表觀遺傳學(xué)適應(yīng)性強(qiáng)
蘇黎世大學(xué)的植物生物學(xué)家現(xiàn)已證明,小鼠耳水芹(擬南芥)中天然存在的表觀遺傳變異可供選擇。植物和微生物生物學(xué)系的Ueli Grossniklaus團(tuán)隊(duì)也表明,新選擇的特性 - 對(duì)種子傳播很重要 - 即使沒有選擇也會(huì)傳遞至少兩到三代。“因此,表觀遺傳變異有助于植物快速適應(yīng)環(huán)境變化而基因組無序列變化,”Grossniklaus解釋說。
選擇有效種子傳播的植物
在他們的實(shí)驗(yàn)中,植物生物學(xué)家模擬了一個(gè)快速變化的環(huán)境。根據(jù)它們分散種子的程度,他們選擇了五代的擬南芥種群。只有傳播到距離母株一定距離的種子才能用于后代。研究人員隨后采集了三個(gè)獨(dú)立種群的種子,這些種群具有有效的種子傳播功能,并與原始未選擇種群的種子一起種植 - 但這次是在沒有選擇壓力的環(huán)境中。經(jīng)過兩代后,對(duì)植物種群進(jìn)行了深入檢查。
分析遺傳活動(dòng),基因組和表觀基因組
“我們能夠證明,在選定的植物中,兩種對(duì)種子傳播很重要的特性與原始種群相比有所不同。植物后來開花,有更多的分枝,”Grossniklaus說。這些變化不能追溯到植物基因組中的突變。然而,研究人員發(fā)現(xiàn)表觀基因組存在顯著差異:甲基化狀態(tài)在DNA中約50,000個(gè)堿基處發(fā)生改變。例如,在控制開花的基因的活性中也發(fā)現(xiàn)了差異。
作物育種的新機(jī)遇
即使在沒有選擇的正常環(huán)境條件下,新特性也保持至少兩到三代。“與遺傳變異一樣,表觀遺傳變異受到選擇的影響,并有助于植物性狀的多樣性。由于作物的遺傳基礎(chǔ)往往非常有限,表觀遺傳學(xué)可用于擴(kuò)大植物育種的材料,”Grossniklaus強(qiáng)調(diào)說。氣候變化可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)改變世界許多地區(qū)的環(huán)境狀況。因此,能夠快速適應(yīng)變化的植物物種變得越來越重要。
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