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三个植物基因秘密被中国科学家破译

2018-10-09 09:44来源:科技日报

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  司空见惯的植物中,隐藏着无数基因“秘密”。最近,我国各地的科研人员,又分别破解了3个。3项成果来自的院校不同、植物不同,相同的是,皆为相关领域突破性进展。

  破译甘蔗基因组让“甜蜜事业”变得更甜

  “我们这项研究将指导甘蔗育种改良、增加含糖量,让‘甜蜜事业’变得更甜。”福建农林大学明瑞光教授在回答科技日报记者提问时表示。此前,甘蔗品种单一化问题严重,依靠扩大种植面积等传统生产方式难以维系。

  国内甘蔗研究“重镇”福建农林大学宣布,该校明瑞光教授团队在国际上首次破译甘蔗基因组,这是全球首个组装到染色体水平的同源多倍体基因组,标志着全球农作物基础生物学研究取得重大突破。该成果于8日在国际顶级学术期刊《自然·遗传学》上在线发表。

  C4光合途径普遍被认为是高效的光合模式,甘蔗作为全球最重要的糖能作物,近年来,巴西、法国等国都在积极开展甘蔗基因组研究,但由于甘蔗是基因组最为复杂的作物之一,又受到高多倍体和同源异源杂交品种等因素限制,均未获得突破性进展。

  该研究在全世界首次破译甘蔗基因组的基础上,从甘蔗的高糖、高光合等生物学遗传特征为着手点,首次在甘蔗野生种“割手密”基因组中发现了富集抗性基因的重组区域,阐明了“割手密”作为甘蔗育种抗原的生物学基础,为甘蔗分子育种提供理论支持,对全球甘蔗的遗传改良具有里程碑贡献,从而加快甘蔗品种改良和产业发展,将产生显著的经济效益和社会效益。

  “神秘基因”可让菊花少吃氮

  作为中国十大传统名花和世界四大鲜切花之一,起源于中国的菊花遍布世界各地,其栽培面积和产量均位居各种花卉前列。但很多人不知道,根系发达的“喜肥植物”菊花在生长期尤其喜欢“吃氮肥”,由此造成氮肥使用过度,污染土地。有没有新品种可“少用氮肥,就可养活”?

  近日,Nature子刊《园艺研究》在线发表了山东农业大学园艺科学与工程学院胡大刚、郑成淑教授和孙翠慧老师的研究成果“菊花MADS-box转录因子CmANR1调控生长素极性运输基因介导菊花根系的发育”,他们在菊花根系中发现了一种之前并不为外界知晓的“神秘基因”,后者对菊花根系吸收氮素具有强力影响,从而为培育菊花新品种提供了理论支撑。

  胡大刚团队研究发现,氮素尤其是硝态氮可作为信号物质对植物根系发育起到复杂而精细的调节作用,而MADS-box转录因子CmANR1能够响应较高浓度的硝态氮。基于一系列研究,培育高氮素利用率转基因菊花新品种成为可能。

  植物体内神秘“剪刀手”如何“咔咔咔”

  可变剪接是生物体内普遍存在的现象,就像是生物体内一位神秘的“设计师”,会对蛋白质进行“裁剪”,从而导致生物的多样性。国际植物学权威期刊《The Plant Cell》近期在线发表了南京农业大学郑录庆教授课题组的研究成果,揭示了可变剪接在植物矿质元素代谢中的调控作用,可以控制植物营养元素的吸收和转运。

  在外界环境发生重大变化时,尤其是当缺少某种植物生长必需的矿物元素时,植物体内部就会自动发起一个响应机制,可变剪接这位“设计师”变身“营养师”,对植物体内的基因进行重新设定,使它们更加适应环境的变化。

  为了弄清可变剪接在这一过程中所起的作用,该研究首先对不同矿质元素缺乏条件下的水稻RNA-Seq数据进行了系统的生物信息学分析,观察发生可变剪接的基因是否调控了水稻体内的矿质元素吸收代谢。

  郑录庆介绍:“植物对不同矿质元素的吸收和转运的方式途径已有过大量的报道和研究,然而面对水稻这种模式植物体内的缺素响应机制,仍有大量未知的途径亟待我们的探寻。”该研究建立了适用于分析模式作物水稻的可变剪接的系统分析方法,拓宽了人们对植物响应非生物胁迫过程的认知,为今后培育营养元素高效利用品种提供了理论依据。(记者谢开飞 王延斌 张 晔)

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