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三個植物基因秘密被中國科學家破譯

  司空見慣的植物中,隱藏著無數基因“秘密”。最近,我國各地的科研人員,又分別破解了3個。3項成果來自的院校不同、植物不同,相同的是,皆為相關領域突破性進展。

  破譯甘蔗基因組讓“甜蜜事業”變得更甜

  “我們這項研究將指導甘蔗育種改良、增加含糖量,讓‘甜蜜事業’變得更甜。”福建農林大學明瑞光教授在回答科技日報記者提問時表示。此前,甘蔗品種單一化問題嚴重,依靠擴大種植面積等傳統生産方式難以維繫。

 

  國內甘蔗研究“重鎮”福建農林大學宣佈,該校明瑞光教授團隊在國際上首次破譯甘蔗基因組,這是全球首個組裝到染色體水平的同源多倍體基因組,標誌著全球農作物基礎生物學研究取得重大突破。該成果于8日在國際頂級學術期刊《自然遺傳學》上在線發表。

  C4光合途徑普遍被認為是高效的光合模式,甘蔗作為全球最重要的糖能作物,近年來,巴西、法國等國都在積極開展甘蔗基因組研究,但由於甘蔗是基因組最為複雜的作物之一,又受到高多倍體和同源異源雜交品種等因素限制,均未獲得突破性進展。

  該研究在全世界首次破譯甘蔗基因組的基礎上,從甘蔗的高糖、高光合等生物學遺傳特徵為著手點,首次在甘蔗野生種“割手密”基因組中發現了富集抗性基因的重組區域,闡明了“割手密”作為甘蔗育種抗原的生物學基礎,為甘蔗分子育種提供理論支持,對全球甘蔗的遺傳改良具有里程碑貢獻,從而加快甘蔗品種改良和産業發展,將産生顯著的經濟效益和社會效益。

  “神秘基因”可讓菊花少吃氮

  作為中國十大傳統名花和世界四大鮮切花之一,起源於中國的菊花遍佈世界各地,其栽培面積和産量均位居各種花卉前列。但很多人不知道,根係發達的“喜肥植物”菊花在生長期尤其喜歡“吃氮肥”,由此造成氮肥使用過度,污染土地。有沒有新品種可“少用氮肥,就可養活”?

  近日,Nature子刊《園藝研究》在線發表了山東農業大學園藝科學與工程學院胡大剛、鄭成淑教授和孫翠慧老師的研究成果“菊花MADS-box轉錄因子CmANR1調控生長素極性運輸基因介導菊花根係的發育”,他們在菊花根係中發現了一種之前並不為外界知曉的“神秘基因”,後者對菊花根係吸收氮素具有強力影響,從而為培育菊花新品種提供了理論支撐。

  胡大剛團隊研究發現,氮素尤其是硝態氮可作為信號物質對植物根係發育起到複雜而精細的調節作用,而MADS-box轉錄因子CmANR1能夠響應較高濃度的硝態氮。基於一系列研究,培育高氮素利用率轉基因菊花新品種成為可能。

  植物體內神秘“剪刀手”如何“”

  可變剪接是生物體內普遍存在的現象,就像是生物體內一位神秘的“設計師”,會對蛋白質進行“裁剪”,從而導致生物的多樣性。國際植物學權威期刊《The Plant Cell》近期在線發表了南京農業大學鄭錄慶教授課題組的研究成果,揭示了可變剪接在植物礦質元素代謝中的調控作用,可以控制植物營養元素的吸收和轉運。

  在外界環境發生重大變化時,尤其是當缺少某種植物生長必需的礦物元素時,植物體內部就會自動發起一個響應機制,可變剪接這位“設計師”變身“營養師”,對植物體內的基因進行重新設定,使它們更加適應環境的變化。

  為了弄清可變剪接在這一過程中所起的作用,該研究首先對不同礦質元素缺乏條件下的水稻RNA-Seq數據進行了系統的生物信息學分析,觀察發生可變剪接的基因是否調控了水稻體內的礦質元素吸收代謝。

  鄭錄慶介紹:“植物對不同礦質元素的吸收和轉運的方式途徑已有過大量的報道和研究,然而面對水稻這種模式植物體內的缺素響應機制,仍有大量未知的途徑亟待我們的探尋。”該研究建立了適用於分析模式作物水稻的可變剪接的系統分析方法,拓寬了人們對植物響應非生物脅迫過程的認知,為今後培育營養元素高效利用品種提供了理論依據。

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