司空見(jiàn)慣的植物中，隱藏著無(wú)數(shù)基因“秘密”。最近，我國(guó)各地的科研人員，又分別破解了3個(gè)。3項(xiàng)成果來(lái)自的院校不同、植物不同，相同的是，皆為相關(guān)領(lǐng)域突破性進(jìn)展。
破譯甘蔗基因組讓“甜蜜事業(yè)”變得更甜
“我們這項(xiàng)研究將指導(dǎo)甘蔗育種改良、增加含糖量，讓‘甜蜜事業(yè)’變得更甜。”福建農(nóng)林大學(xué)明瑞光教授在回答科技日?qǐng)?bào)記者提問(wèn)時(shí)表示。此前，甘蔗品種單一化問(wèn)題嚴(yán)重，依靠擴(kuò)大種植面積等傳統(tǒng)生產(chǎn)方式難以維系。
國(guó)內(nèi)甘蔗研究“重鎮(zhèn)”福建農(nóng)林大學(xué)宣布，該校明瑞光教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次破譯甘蔗基因組，這是全球首個(gè)組裝到染色體水平的同源多倍體基因組，標(biāo)志著全球農(nóng)作物基礎(chǔ)生物學(xué)研究取得重大突破。該成果于8日在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然·遺傳學(xué)》上在線發(fā)表。
C4光合途徑普遍被認(rèn)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(lái)，巴西、法國(guó)等國(guó)都在積極開(kāi)展甘蔗基因組研究，但由于甘蔗是基因組最為復(fù)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(jìn)展。
該研究在全世界首次破譯甘蔗基因組的基礎(chǔ)上，從甘蔗的高糖、高光合等生物學(xué)遺傳特征為著手點(diǎn)，首次在甘蔗野生種“割手密”基因組中發(fā)現(xiàn)了富集抗性基因的重組區(qū)域，闡明了“割手密”作為甘蔗育種抗原的生物學(xué)基礎(chǔ)，為甘蔗分子育種提供理論支持，對(duì)全球甘蔗的遺傳改良具有里程碑貢獻(xiàn)，從而加快甘蔗品種改良和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
“神秘基因”可讓菊花少吃氮
作為中國(guó)十大傳統(tǒng)名花和世界四大鮮切花之一，起源于中國(guó)的菊花遍布世界各地，其栽培面積和產(chǎn)量均位居各種花卉前列。但很多人不知道，根系發(fā)達(dá)的“喜肥植物”菊花在生長(zhǎng)期尤其喜歡“吃氮肥”，由此造成氮肥使用過(guò)度，污染土地。有沒(méi)有新品種可“少用氮肥，就可養(yǎng)活”？
近日，Nature子刊《園藝研究》在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)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(zhuǎn)錄因子CmANR1調(diào)控生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸基因介導(dǎo)菊花根系的發(fā)育”，他們?cè)诰栈ǜ抵邪l(fā)現(xiàn)了一種之前并不為外界知曉的“神秘基因”，后者對(duì)菊花根系吸收氮素具有強(qiáng)力影響，從而為培育菊花新品種提供了理論支撐。
胡大剛團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，氮素尤其是硝態(tài)氮可作為信號(hào)物質(zhì)對(duì)植物根系發(fā)育起到復(fù)雜而精細(xì)的調(diào)節(jié)作用，而MADS-box轉(zhuǎn)錄因子CmANR1能夠響應(yīng)較高濃度的硝態(tài)氮。基于一系列研究，培育高氮素利用率轉(zhuǎn)基因菊花新品種成為可能。
植物體內(nèi)神秘“剪刀手”如何“咔咔咔”
可變剪接是生物體內(nèi)普遍存在的現(xiàn)象，就像是生物體內(nèi)一位神秘的“設(shè)計(jì)師”，會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行“裁剪”，從而導(dǎo)致生物的多樣性。國(guó)際植物學(xué)權(quán)威期刊《The Plant Cell》近期在線發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)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(zhì)元素代謝中的調(diào)控作用，可以控制植物營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。
在外界環(huán)境發(fā)生重大變化時(shí)，尤其是當(dāng)缺少某種植物生長(zhǎng)必需的礦物元素時(shí)，植物體內(nèi)部就會(huì)自動(dòng)發(fā)起一個(gè)響應(yīng)機(jī)制，可變剪接這位“設(shè)計(jì)師”變身“營(yíng)養(yǎng)師”，對(duì)植物體內(nèi)的基因進(jìn)行重新設(shè)定，使它們更加適應(yīng)環(huán)境的變化。
為了弄清可變剪接在這一過(guò)程中所起的作用，該研究首先對(duì)不同礦質(zhì)元素缺乏條件下的水稻RNA-Seq數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)的生物信息學(xué)分析，觀察發(fā)生可變剪接的基因是否調(diào)控了水稻體內(nèi)的礦質(zhì)元素吸收代謝。
鄭錄慶介紹：“植物對(duì)不同礦質(zhì)元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的方式途徑已有過(guò)大量的報(bào)道和研究，然而面對(duì)水稻這種模式植物體內(nèi)的缺素響應(yīng)機(jī)制，仍有大量未知的途徑亟待我們的探尋。”該研究建立了適用于分析模式作物水稻的可變剪接的系統(tǒng)分析方法，拓寬了人們對(duì)植物響應(yīng)非生物脅迫過(guò)程的認(rèn)知，為今后培育營(yíng)養(yǎng)元素高效利用品種提供了理論依據(jù)。（謝開(kāi)飛 王延斌 張 曄）
