Science:抗病“親兄弟”并肩上陣
日期:2012-10-12 07:36:22
大豆是重要的糧食作物,近日科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了賦予大豆重要抗性的三個相鄰基因。研究顯示,這些基因肩并肩排列在大豆染色體上,只有當(dāng)這種三基因結(jié)構(gòu)復(fù)制數(shù)次之后,大豆才會獲得抗性。“從產(chǎn)量損失來看大豆胞囊線蟲是最重要的大豆病害,年復(fù)一年這種病害在世界范圍內(nèi)造成了巨大的損失,”文章資深作者,威斯康辛大學(xué)植物病理學(xué)教授Andrew Bent說。“現(xiàn)在世界人口已經(jīng)從六十億增加到將近九十億,而大豆是我們最重要的蛋白和食物來源之一。”
對于大豆來說線蟲是一個很棘手的天敵,線蟲能夠在土壤中生存多年,而針對線蟲的殺蟲劑毒性很高對環(huán)境的影響也很久。目前較好的辦法是種植基因組中含Rhg1的大豆來抵御胞囊線蟲,這種大豆目前在世界上的種植面積已經(jīng)達到數(shù)百萬英畝。
不過迄今為止,科學(xué)家對于Rhg1的作用原理還知之甚少。本期Science雜志上發(fā)表的這項研究顯示,Rhg1實際上含有三個基因,這些基因共同作用使大豆獲得抵御胞囊線蟲的能力。而且一個拷貝的Rhg1還不足以使植物具有抗性,這種三基因結(jié)構(gòu)至少要10拷貝以上才能使大豆在線蟲感染的環(huán)境中生長良好。Rhg1能夠控制目前造成巨大損失的大豆病害,每年這一病害在美國造成的損失超過十億美元,這就使這項研究格外有意義。“在微生物和真菌中,多個相鄰基因共同控制同一性狀的現(xiàn)象很普遍,但這在多細胞高等生物中就很少見了,”Bent說。
人們已經(jīng)不是第一次發(fā)現(xiàn)基因拷貝數(shù)影響性狀的現(xiàn)象了,這項研究再次證明是基因的多重拷貝賦予了基因?qū)嶋H效力。這次多拷貝現(xiàn)象涉及的不是單個基因而是三個基因序列,研究人員認為這很罕見,并將其形容為“奇怪的結(jié)構(gòu)”。
這種結(jié)構(gòu)的詳細作用機理,還有待進一步研究。研究人員指出,由于其中有兩個基因涉及在細胞間轉(zhuǎn)運化合物,“顯而易見,可能這三個基因使植物運輸?shù)奈镔|(zhì)發(fā)生了改變,”Bent說,“不過我們還無法確定轉(zhuǎn)運發(fā)生改變的物質(zhì),不能就此斷言植物是否產(chǎn)生了對線蟲有害的物質(zhì)。”研究證據(jù)顯示,這種三基因結(jié)構(gòu)的拷貝數(shù)量使大豆得以抵抗線蟲。基因并沒有突變,而是三個基因共同高表達賦予了大豆抗性。研究人員認為基因產(chǎn)物增多是抗性產(chǎn)生的原因。這一發(fā)現(xiàn)將幫助大豆種植者們快速識別抗性植株,加速培育具有更強線蟲抗性的大豆品種。人們漸漸發(fā)現(xiàn)拷貝數(shù)突變現(xiàn)象比預(yù)想的要要普遍得多,尤其是在植物中。Bent認為一連串基因的拷貝數(shù)決定同一功能的現(xiàn)象可能也不是曇花一現(xiàn)的特例,“有沒有可能這只是冰山一角?是否還有大量這樣的現(xiàn)象存在,只是我們還沒有發(fā)現(xiàn)?”
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