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        不尋常的大豆著色揭示了基因沉默
        
			
        
				2018-12-26 10:49:01
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        今天的大豆通常是金黃色，帶有微小的黑色標記，它們附著在豆莢上。在數(shù)百萬豆類的領(lǐng)域，幾乎所有豆類都具有這種外觀。然而，偶爾豆子會變成半黑色，馬鞍圖案類似于黑眼豆。“黃色來源于一種被稱為基因沉默的自然過程，其中基因相互作用以關(guān)閉某些特征，”伊利諾伊大學(xué)作物科學(xué)系的新任教授Lila Vodkin解釋道。“科學(xué)家經(jīng)常利用這個過程設(shè)計從改良作物到藥物的所有東西，但天然存在的基因沉默的例子 - 也稱為RNA干擾或RNAi - 是有限的。更好地理解這個過程可以解釋你如何操縱基因在從大豆到人類的任何事物中。“
        

        不尋常的大豆著色揭示了基因沉默
        

        大約20年前發(fā)現(xiàn)RNAi途徑是一種微小蛔蟲的自然發(fā)生過程。顯示其生物醫(yī)學(xué)潛力的發(fā)現(xiàn)和后續(xù)工作為科學(xué)家贏得了2006年的諾貝爾獎。在植物中，RNAi在矮牽牛中被發(fā)現(xiàn)。當育種者試圖將一個基因轉(zhuǎn)化為更亮的粉紅色和紫色時，他們會用白色花朵來代替?；ㄉ幕蛞驯怀聊?。
        

        “在它們被馴化之前，由于種皮中的花色素苷顏料不同，大豆呈黑色或棕色，”與沃德金一起研究的研究專家薩拉瓊斯說。“育種者擺脫了黑暗的色素，因為它們可以在提取過程中褪色油或豆粕。”
        

        沃德金澄清說：“黃色是一種自然發(fā)生的RNAi突變，可能是在農(nóng)業(yè)開始時發(fā)生的，就像一萬年前一樣。人們看到黃豆是不同的。他們撿起它們，拯救它們，并培育它們。野生大豆，大豆(Glycine sojae)的種質(zhì)資源，你沒有找到黃色，只有深色的種子。“
        

        該團隊以前的工作表明，黃色大豆是由一個涉及兩個基因的天然基因沉默過程引起的?；旧?，其中一個基因阻止了深色素前體的產(chǎn)生。但是研究人員并不確定為什么黑色顏料有時會再次出現(xiàn)，就像馬鞍形狀的豆子一樣?，F(xiàn)在他們知道了。
        

        Vodkin和她的團隊在美國農(nóng)業(yè)部大豆種質(zhì)收集中搜尋了具有異常色素沉著的豆類，收集在U的I中。該系列包含數(shù)千個標本，代表了馴化大豆及其野生近緣種的大部分遺傳多樣性。
        

        “我們要求這種黑色馬鞍形狀的豆子，”瓊斯回憶道。“我們想知道他們是否都從同一基因中獲得了這種模式。” 早在1945年就收集了一些樣品。
        

        該團隊使用現(xiàn)代基因組測序技術(shù)，快速篩選約56,000個蛋白質(zhì)編碼基因，以確定負責(zé)該模式的基因。主要作者Young Cho在發(fā)現(xiàn)Argonaute5基因缺陷時作為研究生發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)。研究小組用馬鞍觀察了另外的豆子，發(fā)現(xiàn)Argonaute5基因在每種豆子中都有不同的缺陷。
        

        “這就是你如何證明你找到了正確的基因，”沃德金說，“因為這些獨立的突變發(fā)生在同一基因的不同位置。”
        

        當Argonaute5基因有缺陷時，無法再進行沉默過程 - 通常會阻止暗色素并導(dǎo)致黃豆?；蛉毕萁忉屃藶槭裁窗瞪爻霈F(xiàn)在馬鞍豆中。
        

        在團隊發(fā)現(xiàn)之前，很少有關(guān)于基因相互作用如何在自然發(fā)生的系統(tǒng)中實現(xiàn)沉默的例子。今天，生物工程師使用基因工程技術(shù)來沉默基因以產(chǎn)生期望的結(jié)果，無論是花色，抗病性，改善的光合作用，還是任何數(shù)量的新應(yīng)用。
        

        “大豆的黃色可能是經(jīng)過精心設(shè)計的，如果它不是天然存在的話，”沃德金說，“但這需要花費數(shù)百萬美元，而且每種黃豆都是一種轉(zhuǎn)基因生物。大自然首先設(shè)計它。” 她說這項研究還強調(diào)了大豆種質(zhì)收集的價值，這種收集保留了研究和育種目的的多樣性。
        

        文章“Argonaute5中的突變照亮了K1和I基因座的上位相互作用，導(dǎo)致了大豆中的馬鞍種子顏色模式”，發(fā)表在植物細胞中。
        
			

			
          
        
			
        
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