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驯化过程中微小的基因的调整解锁玉米粒

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发表于 2015-7-14 17:23:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
如果不是一个单一的基因突变,对多汁玉米芯每个内核将是不能食用的,外壳如核桃壳一样坚韧。突变切换一个氨基酸另一个在蛋白质调节形成,在现代玉米的野生祖先的基础上,根据刊登于2015年7月发出的一项研究遗传学,出版于美国遗传学会。

“人类完全重塑玉米的祖先。我们的研究结果表明,小的遗传变化已经对这种显着的转变有很大的影响,”威斯康星 - 麦迪逊大学的研究小组组长约翰Doebley说。

玉米能提供线索,生物在选择下如何改变 - 无论是选择最美味的和富有成效的作为生长的自然选择。

玉米约9000年前被驯化在墨西哥的野生类蜀黍草。蜀黍种子由硬外壳,使他们不切实际的保护,但是古植物育种者开发的品种用“裸核”。在这些植物中,形成种子的情况下,而不是变成中心棒,留下暴露给我们吃的种子。

除了失去不方便种子的情况下,今天的玉米粒保持牢固地附着在COB,而不是松散,因为他们是类蜀黍。玉米棒也大得多,且玉米植物具有更少的叶枝条比其祖先。这些性状的基因变化,发现由Doebley和他的同事在过去的几十年。

所有这些变化相对迅速地发展,在数千年最多。以往的研究表明,许多玉米和蜀黍之间的巨大差异是建立在基因变化的基础,在可能只用6个基因。

其中的一个基因,对tga1,控制形成种子。该TGA1蛋白的基因编码作为一组参与这一复杂的发育过程中的其他基因的“主调节器”。

“TGA1行为有点像一个乐队指挥协调众多不同的音乐家的行动,”Doebley说。“同管弦乐队可以不同的方式播放,这取决于导体的信号”。

在蜀黍,TGA1调节基因的方式,帮助种子形式。但在玉米,TGA1行动破坏这一过程中,产生了更小,不要关闭在内核正确地情况下。但究竟什么是对两个版本的不同tga1基因?

为了找到答案,该团队比较tga1在16个不同品种的玉米和20个品种的类蜀黍的dna序列。他们发现只有一个变化存在于所有的玉米样品中,但在没有任何大刍草的:在一个特定的位置tga1序列,玉米版本进行一个“C”DNA碱基代替“G”在蜀黍找到。这个单核苷酸差异导致一个氨基酸在TGA1蛋白被从一个赖氨酸在蜀黍切换到玉米天冬酰胺。

当研究人员测试对TGA1这种氨基酸替代的效果,他们发现该蛋白质的玉米版本有较大的倾向结合自身成对的分子称为二聚体。遗传差异也似乎变成TGA1进入其控制的基因的“抑制”,减少他们的表现。

“在类蜀黍TGA1指挥乐团演奏了一声,但玉米TGA1告诉他们发挥稍软些 - 或生化方面,基因压抑,”Doebley说。基因表达的这种减振足以开发过程中影响种子的情况下的结构。

与此相一致的想法,研究人员发现,调低音量的玉米表达tga1基因本身-这应该舒缓的“乐队”的基因镇压-扩大玉米种子残余。换句话说,玉米版本tga1控制,通常会形成种子情况蜀黍玉米结构的大小。Doebley表示,“真正归功于主要学者,王淮,对于这一系列辉煌的实验证明解决了玉米演变的一个大问题。”

这些结果提供了如何选择由古代植物育种者通过触发相对较小的基因改变生物体深刻的结构性变化,让新特质迅速发展的一个例子。“二十年前,这是更难在研究这些细节的演变。这是令人兴奋的,我们现在能理解像玉米驯化复杂的例子,在其最根本的层面,”Doebley说。

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