破译20年前的“单亲基因植物”之谜

时间：2021-11-22 00:00:00 来源：网络整理

科学家们在培育只来自单亲基因的植物上又近了一步。由加州大学戴维斯分校的植物生物学家领导的一项新研究发表在11月19日的《科学进展》(Science Advances)杂志上，显示了消除一半基因组背后的潜在机制，并可能使具有抗病等理想特性的作物作物的培育变得更容易、更快速。

这项工作源于十多年前已故加州大学戴维斯生物科学学院植物生物学副教授Simon Chan及其同事的一项发现。

像其他有性生物一样，植物从双亲那里继承了一套匹配的染色体。为了将一种有利的性状，如抗虫害或抗旱，传递给所有后代，植物必须在每条染色体上携带相同的遗传变异。但是，用这种方式培育“真正繁殖”的植物需要几代人的杂交。

2010年，Chen和博士后研究员拉维·马鲁塔查拉姆(Ravi Maruthachalam)在培育实验室植物拟南芥(Arabidopsis)时，偶然发现了一种方法，可以消除亲本一方的基因贡献。他们修改了在着丝粒中发现的一种名为CENH3的蛋白质，这是染色体中心的一种结构。当他们试图将野生型拟南芥与含有修饰过的CENH3的植物杂交时，他们得到的植物染色体数量只有正常水平的一半。来自一个亲本植物的基因组部分被去除，以创造单倍体植物。这项研究发表在2010年3月的《Nature》杂志上，为在玉米、小麦和番茄等农作物上取得同样的结果而努力。

真正解开谜团

加州大学戴维斯分校植物生物学和基因组中心的Luca Comai教授是新论文的资深作者，他说，到目前为止，在拟南芥之外复制Chan的精确策略被证明是徒劳的。最近，其他实验室通过操纵CENH3培育出了具有一组染色体的植物，但尚不清楚这些结果之间的关系。

“CENH3对单倍体诱导作用的机制基础是神秘的，”Comai说。每个物种似乎都有不同的规则。

这一谜团现在大部分已经被揭开。加州大学戴维斯分校基因组中心和植物生物学系研究员Mohan Marimuthu与Comai、Maruthachalam及其同事发现，当CENH3蛋白发生改变时，它会在受精前从卵子DNA中去除，削弱着丝粒。

Comai说：“在随后的胚胎分裂中，卵子产生的缺失CENH3的着丝粒无法与精子产生的富含CENH3的着丝粒竞争，雌性基因组被消除。”

Comai说，CENH3的任何选择性缺失都会导致着丝粒薄弱，这一发现解释了Chan和Maruthachalam的原始结果以及其他小麦和玉米实验室的新结果。他说，这一新知识将使在作物中诱导单倍体更加容易。

Epigenetically mismatched parental centromeres trigger genome elimination in hybrids. 10.1126/sciadv.abk1151

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