研究人員在發(fā)現(xiàn)一種“開(kāi)啟”另一種基因的基因，這種基因負(fù)責(zé)玉米中常見(jiàn)的紅色素，研究人員解決了近六十年前的一個(gè)謎團(tuán)，其中一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能對(duì)未來(lái)的植物育種產(chǎn)生影響。作為超過(guò)20年工作的高潮，1997年，賓夕法尼亞州立大學(xué)玉米遺傳學(xué)教授Surinder Chopra從突變的玉米系中獲得了種子。當(dāng)時(shí)，喬普拉是愛(ài)荷華州立大學(xué)的博士后學(xué)者，他在2000年加入賓夕法尼亞州立大學(xué)時(shí)帶來(lái)了他的研究。

這個(gè)謎團(tuán)涉及一種自發(fā)的基因突變，導(dǎo)致紅色色素在各種玉米植物組織中出現(xiàn)，如籽粒，玉米穗軸，穗，絲，甚至莖，持續(xù)幾代，然后在隨后的后代中消失。對(duì)于不熟悉的人來(lái)說(shuō)，這似乎是一個(gè)小問(wèn)題，但由于玉米遺傳學(xué)早已被研究作為一個(gè)模型系統(tǒng)，這個(gè)問(wèn)題對(duì)植物生物學(xué)具有重要意義。

“在玉米中，參與色素生物合成的基因已被用于遺傳研究超過(guò)一個(gè)世紀(jì) - 玉米中的色素沉著是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的特性，這使其成為用作遺傳研究標(biāo)記的理想選擇，”Chopra說(shuō)。“查爾斯伯納姆博士(明尼蘇達(dá)大學(xué))于1960年鑒定了突變玉米植物，并將這粒種子送給他的一名學(xué)生Derek Styles。我們?cè)?997年收到了Styles的種子，我們受委托繼續(xù)研究。”

Chopra致力于將來(lái)自突變體玉米的基因滲入基因，該基因被稱為橙子1的Ufo1-Unstable因子，進(jìn)入各種近交玉米品系。自從他來(lái)到賓夕法尼亞州立大學(xué)以來(lái)，喬普拉農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院的研究小組已經(jīng)在賓夕法尼亞州立農(nóng)學(xué)農(nóng)場(chǎng)和校園溫室中種植和回交玉米植株系。在過(guò)去三年中，研究人員最近在植物細(xì)胞中發(fā)表了他們的研究結(jié)果，他們已經(jīng)培育了超過(guò)4,000種回交植物來(lái)繪制Ufo1在基因組中所處位置的位置。

利用這些雜交植物的組織，采用RNA測(cè)序技術(shù)和基因克隆工具，以及植物遺傳學(xué)家直到最近才能獲得的新一代測(cè)序，遺傳作圖和數(shù)據(jù)分析能力，研究人員揭露了其中的罪魁禍?zhǔn)?。再次，一次又一次，紅色色素玉米之謎。他們發(fā)現(xiàn)了Ufo1，它只存在于玉米，高粱，大米和谷子中。

但是Ufo1 突變基因?qū)嶋H上并不會(huì)導(dǎo)致紅色色素出現(xiàn)在玉米中 - 這是由一種叫做果皮色素1或p1的基因引起的。研究人員發(fā)現(xiàn)，Ufo1基因?qū)??際上是由一個(gè)位于Ufo1基因附近的轉(zhuǎn)座子 - “跳躍基因”控制的。轉(zhuǎn)座子是從基因組中的一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置的DNA序列，并且可以影響附近必需基因的表達(dá)。

當(dāng)打開(kāi)該轉(zhuǎn)座子時(shí)，Ufo1基因也被打開(kāi)，這觸發(fā)p1基因向植物發(fā)出信號(hào)以產(chǎn)生紅色色素。但是當(dāng)轉(zhuǎn)座子關(guān)閉時(shí)，Ufo1基因變得沉默，p1控制的色素途徑也是如此。據(jù)Chopra說(shuō)，這是Ufo1基因長(zhǎng)期不明的主要原因，而且這個(gè)謎團(tuán)仍然存在。“我們能夠?qū)⑵淇s小為數(shù)千個(gè)基因中的單個(gè)基因，這些基因在Ufo1突變體與野生型植物中異常表達(dá)，”他說(shuō)。“這是一項(xiàng)漸進(jìn)的發(fā)現(xiàn)，但它是基礎(chǔ)科學(xué)的一次飛躍，因?yàn)樗赡軐?duì)種植育種者很有價(jià)值。”

目前尚不完全清楚Ufo1如何與p1基因相互作用。與玉米植物中Ufo1突變基因控制的相比，該發(fā)現(xiàn)的未來(lái)意義可能與紅色色素的關(guān)聯(lián)性較小。喬普拉認(rèn)為它可能是一個(gè)“主要調(diào)節(jié)器”，當(dāng)過(guò)度表達(dá)時(shí)，即使在沒(méi)有壓力的情況下也會(huì)向植物發(fā)出信號(hào)。有趣的是，Chopra指出，在Ufo1植物中，糖類在葉片中過(guò)度積累，并且由玉米 植物制成的天然殺蟲(chóng)劑maysin的含量在絲綢中急劇增加。

“了解控制正常或非突變Ufo1基因調(diào)控的內(nèi)容將使我們更接近真實(shí)的育種過(guò)程，在此過(guò)程中我們可以修補(bǔ)基因表達(dá)以獲得更高的maysin含量或增加糖含量，這在作物中很重要分別是對(duì)害蟲(chóng)和生物燃料生產(chǎn)的保護(hù)，“喬普拉說(shuō)。“而且，由于它對(duì)細(xì)胞機(jī)器的運(yùn)作有顯著影響，我們現(xiàn)在可以進(jìn)一步了解通常在對(duì)植物施加壓力時(shí)發(fā)生的基本分子途徑，”他說(shuō)。“由于氣候變化，了解由極端高溫，寒冷和水引起的植物壓力非常重要。”