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Cell:CRISPR让番茄像葡萄一样“硕果累累”

2017/05/24 来源:生物探索
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导读
Cell上5月18日在线报道的文章发现了携带突变的不同分枝番茄的变异种和被独立选择的两个转录因子相关。CRISPR让研究人员在复杂的连续花穗上实现了高产量。


能提供两倍果实的分枝番茄

几乎所有今天种植的西红柿,可能是你曾经吃过的每一个都携带了一种基因突变。因为番茄已经被培育了数千年。挑选一定结构花序的植株来选育,在驯化作物中是很常见的、用来提高产量的方法。然而番茄花序和野生祖先很相似,育种中怕产量太低而避免过度分枝。遗传学家们发现,有些重要性状同时突变却造成了无价值的结果,阻碍了作物改良的努力。

大果蒂和无柄突变番茄的来源

Cell上5月18日在线报道的文章发现了携带突变的不同分枝番茄的变异种和被独立选择的两个转录因子相关。


一个在驯化过程中因果实的大小增加而被选择的突变,让水果上的叶状蒂膨大,这有助于在果实顶部形成一个大的花萼。这个性状早在几千年前番茄的早期驯化时就被选育了。文章的通讯作者说:“目前还不清楚它的好处,它可能有助于支撑更重的果实。”

另一个突变是上世纪50年代在野生番茄中发现的,它消除了花的脱落区——茎上的薄弱区域,使果实易于脱落。对野生植物来说是有益的,因为它有助于种子的传播。但是随着番茄机械化采摘时代的到来,农民们希望果实能留在植株上。因此,育种家把“无柄”性状纳入他们的育种目标,这样可以减少落果和促进机械收获。

两个突变叠加会产生多分枝番茄

如果这两个有益性质叠加在一起的话会造成庞杂得像扫把一样的花枝,因异位显性(epistasis)而抑制挂果的量。育种家们只能筛选其他的遗传变异来解决这一问题。但现在,纽约冷泉港实验室的Zachary Lippman团队找到了主宰这一现象的幕后基因。


野生番茄(左)和复杂花穗的番茄(右)

他们筛选收集了4193个番茄品种,寻找不正常的分枝类型。从这个群体中,他们跟踪了两个基因的变异,这些基因共同导致了类似于育种家所看到的极端分枝。

CRISPR修饰创造高产量的分枝番茄

随着这些基因的发现,他的团队利用CRISPR–Cas9编辑技术修饰它们的等位基因,还包括另一个影响开花数量的基因,形成各种不同的组合。这产生了一系列的花序结构,从细长的花枝到茂密地像菜花一样的结构,其中一些造成了产量的提升。

CRISPR让研究人员在复杂的连续花穗上实现了高产量。Lippman团队正和植物育种学家一起用基因编辑培育有分枝的并且花果大小适合的番茄。除了番茄,中和负面的异位显性能够在许多农作物中提高生产力。

参考资料

Bypassing Negative Epistasis on Yield in Tomato Imposed by a Domestication Gene

Fixing the tomato: CRISPR edits correct plant-breeding snafu
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