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利用植物育种的表观遗传变异

传递给子细胞或后代的基因序列不是决定细胞和生物特征的唯一因素。不改变基础DNA序列的遗传物质中的化学变化也在控制哪些基因是活性的或无活性中起作用。甲基化是一种这样的表观遗传标记,其涉及向DNA中的特定碱基添加小化学基团。表观遗传变异在人类和哺乳动物中的遗传作用是有争议的;然而,有几个植物表观遗传的例子。

表观遗传学适应性强

苏黎世大学的植物生物学家现已证明,小鼠耳水芹(拟南芥)中天然存在的表观遗传变异可供选择。植物和微生物生物学系的Ueli Grossniklaus团队也表明,新选择的特性 - 对种子传播很重要 - 即使没有选择也会传递至少两到三代。“因此,表观遗传变异有助于植物快速适应环境变化而基因组无序列变化,”Grossniklaus解释说。

选择有效种子传播的植物

在他们的实验中,植物生物学家模拟了一个快速变化的环境。根据它们分散种子的程度,他们选择了五代的拟南芥种群。只有传播到距离母株一定距离的种子才能用于后代。研究人员随后采集了三个独立种群的种子,这些种群具有有效的种子传播功能,并与原始未选择种群的种子一起种植 - 但这次是在没有选择压力的环境中。经过两代后,对植物种群进行了深入检查。

分析遗传活动,基因组和表观基因组

“我们能够证明,在选定的植物中,两种对种子传播很重要的特性与原始种群相比有所不同。植物后来开花,有更多的分枝,”Grossniklaus说。这些变化不能追溯到植物基因组中的突变。然而,研究人员发现表观基因组存在显着差异:甲基化状态在DNA中约50,000个碱基处发生改变。例如,在控制开花的基因的活性中也发现了差异。

作物育种的新机遇

即使在没有选择的正常环境条件下,新特性也保持至少两到三代。“与遗传变异一样,表观遗传变异受到选择的影响,并有助于植物性状的多样性。由于作物的遗传基础往往非常有限,表观遗传学可用于扩大植物育种的材料,”Grossniklaus强调说。气候变化可能会在短时间内改变世界许多地区的环境状况。因此,能够快速适应变化的植物物种变得越来越重要。

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