利用表觀遺傳變異進行植物育種

傳遞給子代細胞或后代的基因序列并不是決定細胞和生物學特征的唯一因素。遺傳物質(zhì)中不改變基本DNA序列的化學變化也在控制哪些基因是活躍的或不活躍的方面發(fā)揮作用。甲基化是一種表觀遺傳標記，包括在脫氧核糖核酸的特定堿基上添加小的化學基團。人類和哺乳動物表觀遺傳變異的遺傳功能是有爭議的。然而，植物中有幾個表觀遺傳學的例子。

表觀遺傳適應(yīng)性強。

蘇黎世大學的植物生物學家現(xiàn)在已經(jīng)證明，水芹(擬南芥)中的自然表觀遺傳變異是可以選擇的。來自植物微生物系的尤利格羅斯尼克勞斯團隊也表明，新選擇的特征——這對種子傳播非常重要——即使沒有選擇，至少也會傳播兩到三代。Grossniklaus解釋說：“因此，表觀遺傳變異有助于植物快速適應(yīng)環(huán)境變化，而不會改變基因組的序列。

選擇種子繁殖有效的植物。

在他們的實驗中，植物生物學家模擬了一個快速變化的環(huán)境。根據(jù)種子擴散程度，他們選擇了五代擬南芥群體。只有擴散到距離母本一定距離的種子才用于后續(xù)世代。研究人員隨后收集了三個獨立群體的種子，它們具有有效的種子傳播功能，并與原始未選擇群體的種子一起種植——但這一次是在沒有選擇壓力的環(huán)境中。經(jīng)過兩代人的努力，植物種群得到了徹底的檢驗。

遺傳活性、基因組和表觀基因組分析

“我們可以證明，在選擇的植物中，有兩個對種子傳播很重要的特征不同于原始群體的特征。后來，植物開花了，樹枝的數(shù)量增加了，”格羅斯尼克勞斯說。這些變化不能追溯到植物基因組的突變。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)表觀基因組有顯著的差異：甲基化狀態(tài)在脫氧核糖核酸的大約50，000個堿基處發(fā)生了變化。例如，在控制開花的基因活動中也發(fā)現(xiàn)了差異。

作物育種的新機遇

即使在沒有選擇的正常環(huán)境條件下，新功能至少會保留兩到三代。“像遺傳變異一樣，表觀遺傳變異受選擇的影響，有助于植物性狀的多樣性。因為作物的遺傳基礎(chǔ)往往非常有限，表觀遺傳學可以用來擴大植物育種的材料，”格羅斯尼克勞斯強調(diào)。氣候變化可能會在短時間內(nèi)改變世界許多地方的環(huán)境狀況。因此，能夠快速適應(yīng)變化的植物種類變得越來越重要。

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