冷泉港实验室的研究人员发现了番茄和拟南芥之间基因调控的关键差异，这可以解释作物工程面临的挑战。这一突破揭示了突变如何影响植物生长和发育，强调了了解遗传调控对提高农业可预测性和效率的重要性。来源:SciTechDaily.com

　　自从冷泉港实验室(CSHL)帮助测序了第一个植物基因组以来，植物基因组学已经取得了长足的进步。但从很多方面来说，培育出完美的作物仍是一场碰运气的游戏。在两种不同的植物上进行相同的DNA突变并不总能得到我们想要的作物特性。问题是为什么不呢?CSHL的植物生物学家刚刚找到了一个原因。

　　CSHL教授和HHMI研究员Zachary Lippman和他的团队发现，番茄和拟南芥植物可以使用非常不同的调节系统来控制相同的基因。令人难以置信的是，他们将这种行为与发生在1.25亿多年进化过程中的极端基因改造联系起来。

　　CLV3基因的突变可以显著增加果实的大小，如番茄(上一行)和拟南芥(下一行)所示。来源:Lippman实验室/冷泉港实验室

　　科学家们利用基因组编辑技术创造了70多种番茄和拟南芥的突变株。每个突变都删除了一段被称为CLV3的基因周围的调控DNA。然后，他们分析了每种突变对植物生长发育的影响。当控制CLV3基因的DNA突变过多时，水果的生长就会急剧增长。

　　CLV3基因的作用和影响

　　领导这项研究的CSHL生物科学学院最近的毕业生Danielle Ciren解释说:“CLV3有助于植物正常发育。如果它不是在那个时候开启的，那么植物看起来就会非常不同。所有的水果都是巨大的，不理想的。你必须平衡增长和产量。如果一种植物有巨大的西红柿，但只有两个，这和低产量一样有益吗?没有简单的解决办法。当你试图改进某些东西时，你总是会牺牲一些东西。”

　　CSHL高地农场的一蒲式耳西红柿。来源:高地农场/冷泉港实验室

　　对于西红柿来说，CLV3基因开始而不是末端的基因突变显著地影响了果实的大小。对于拟南芥来说，基因两个部分周围的区域都需要被破坏。这表明在过去的1.25亿年间发生了一些事情，使植物的进化方式发生了变化。究竟发生了什么仍然是个谜。

　　“你不能回到共同的祖先那里，因为他们已经不存在了。所以很难说出最初的状态是什么，以及东西是如何混合的，”次仁说。“最简单的解释是，有一种监管因素在某种程度上是保守的，它被以微妙的方式改变了。这有点出乎意料。”

　　可以肯定的是，基因调控在植物物种之间是不一致的。揭示这些基因差异可能有助于使作物基因组工程更可预测。这不仅对科学来说是一个巨大的胜利，对全球的农民和植物育种者来说也是一个巨大的胜利。

　　参考文献:daniel Ciren, Sophia Zebell和Zachary B. Lippman的“控制深度保守的植物干细胞调节阀的顺式调控区域的极端重组”，2024年3月4日，PLOS Genetics。DOI: 10.1371 / journal.pgen.1011174

　　该研究由加拿大自然科学与工程研究委员会、国家普通医学科学研究所、霍华德休斯医学研究所和国家科学基金会植物基因组研究计划资助。