一旦被视为毫无用处的“垃圾DNA”,西红柿中发现的“跳跃基因”家族就有可能加速作物育种,提高抗旱性等性状。
剑桥大学塞恩斯伯里实验室(SLCU)和植物科学系的研究人员发现,干旱胁迫触发了一系列跳跃基因(Rider逆转录转座子)的活性,该基因以前已知会促进番茄的果实形状和颜色。他们在今天的《 PLOS Genetics》杂志上发表的对Rider的表征表明,Rider家族也存在于其他农作物中,并且可能在其他农作物中活跃,这突显了其作为新性状变异来源的潜力,可以帮助植物更好地应对由Fed驱动的更极端条件我们不断变化的气候。
Matthias Benoit博士说:“转座子具有改善作物的巨大潜力。它们是性状多样性的强大驱动力,尽管我们一直在利用这些性状来世代改良我们的作物,但现在我们开始了解其中涉及的分子机制。”该论文的第一作者,曾在SLCU工作。
转座子,通常被称为跳跃基因,是可移动的DNA代码片段,可以将自身复制到基因组中的新位置-生物体的遗传密码。它们可以改变,破坏或扩增基因,或完全没有作用。直到1940年代,诺贝尔奖获得者科学家芭芭拉·麦克林托克(Barbara McClintock)才在玉米粒中发现了这一点,直到现在,科学家们才意识到转座子根本不是垃圾,而是实际上在进化过程中以及在改变基因表达和植物的物理特性中起着重要作用。 。
利用植物中已经存在的跳跃基因来产生新的特性将是传统育种技术的重大飞跃,这使得在传统上经过育种以产生均匀形状,颜色和大小以增加收成的农作物中快速产生新性状成为可能。高效并最大化产量。它们将使新特性的多样性得以产生,然后可以通过基因靶向技术对其进行改良和优化。
“在诸如番茄田这样的大型种群中,每个个体都激活了转座子,我们希望看到许多新特性。通过控制植物中的这种'随机突变'过程,我们可以加快这一过程,产生了我们甚至无法想象的新表型。”该论文的合著者SLCU的Hajk Drost博士说。
当今的基因靶向技术非常强大,但通常需要对基础基因有一定的功能了解才能产生有用的结果,并且通常只靶向一个或几个基因。转座子活性是植物中已经存在的一种天然工具,可用于产生新的表型或抗性并补充基因靶向作用。使用转座子提供了一种无转基因的育种方法,该方法认可了当前欧盟有关转基因生物的法律。
这项工作还表明,车手存在于几种植物中,包括具有经济意义的农作物,例如油菜籽,甜菜根和藜麦。这种丰富的数量鼓励人们进一步研究如何以受控方式激活它,或者将其重新激活或重新引入当前具有静音Rider元素的植物中,以便重新获得其潜力。与传统方法相比,这种方法具有显着减少育种时间的潜力。
贝诺伊特说:“鉴定出骑手的活动是由干旱引起的,这表明它可以建立新的基因调控网络,从而帮助植物应对干旱。” “这意味着我们可以利用Rider来对作物中已经存在的基因提供干旱响应,从而培育出更能适应干旱胁迫的作物。在全球变暖时期,这尤其重要,因为那里迫切需要培育更具抗逆性的作物。 “
这项工作得到了欧洲研究理事会和盖茨比慈善基金会的支持。
——文章发布于2019年9月16日