Nature解析基因組的水平轉移
日期：2014-06-16 09:42:36
在自然界中，兩種不同的植物偶爾會發生雜交。這可能會引發一些問題，因為父本和母本的遺傳信息并不相配。不過這個問題很容易解決。 只要親本植物將完整的遺傳信息傳遞給下一代（而不是一半），這樣染色體就能夠在減數分裂中正確配對，減數分裂是生殖細胞的形成途徑。在這種情況下，雜交形成的植物仍有繁殖能力，并形成了新的物種。這種被稱為異源多倍化（allopolyploidy）的現象，在野生植物和農作物（例如小麥、油菜籽和棉花）中都很常見。
此前人們普遍認為，異源多倍化依賴于雜交和基因組加倍。日前，德國馬普植物分子生理研究所的Ralph Bock領導研究團隊，首次展示了一種無性的異源多倍化途徑，并由此得到了新的植物品種。
Bock的研究團隊使用的是嫁接法。在園藝和葡萄栽培領域，人們通過嫁接將兩個品種的優點結合起來。舉例來說，將對害蟲敏感的高品質葡萄與抗性品種嫁接起來，能夠有效防治葡萄根瘤蚜（一種禍害葡萄的著名害蟲）。兩種嫁接植物之間并不存在遺傳學物質的重組，而是采用了一種被稱為水平基因轉移的策略。
“我們之前的工作證明，嫁接植物的接觸區域存在著葉綠體基因的水平轉移。現在我們想知道的是，嫁接過程是否涉及了細胞核遺傳信息的轉移，”Ralph Bock解釋道。
研究人員將不同的抗生素抗性基因分別引入兩種煙草（Nicotiana tabacum和Nicotiana glauca）的細胞核基因組，然后將兩種煙草相互嫁接。在融合發生之后，研究人員切下兩種煙草的接觸區域，將其放到含有兩種抗生素的培養基中，只有攜帶兩種抗性基因的細胞才能夠生存。令人驚訝的是，培養及中長出了許多雙重抗性的苗木。
這種雙重抗性是來自單個基因的轉移，還是真個基因組的轉移呢？研究人員對雙重抗性植物進行了染色體計數。如果發生了完整基因組轉移，那么新植物的染色體數應該是兩個親本染色體數之和。“N. glauca含有24個染色體，而N. tabacum 含有48個染色體，”Ralph Bock介紹道。“而我們在雙重抗性植物中發現了72個染色體。”“我們通過無性途徑得到了新的異源多倍體植物，”文章的第一作者Sandra Stegemann說。
研究人員將這種新植物放到溫室中進行培養，它們很明顯結合了兩種親本的特征。而且這種新植物比親本生長得快得多，這是許多異源多倍體的特性。因為這種新植物能夠持續有性繁殖下去，研究人員將其視為一個新的物種，命名為Nicotiana tabauca。
研究指出，在水平基因組轉移的基礎上進行嫁接和篩選，可以幫人們創造出更高產更優良的新作物。
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