“杂交优势”基因突变大幅提高作物产量

qwerzxcv2011

“杂交优势”基因突变大幅提高作物产量

每一位园丁都知道熟透西红柿的外观。那鲜红的颜色，那温暖的泥土气息和甜而多汁的味道是难以抗拒的。但是，商业的番茄植株，跟庭院种植的品种具有迥然不同的外观，庭院种植番茄可以在适当的条件下不断地生长，直到变得又高又瘦。番茄可被制成调味酱和果汁，商业种植番茄的植株，需要比传统番茄品种更早地停止生长，因此更像灌木丛状。而这些紧凑的丛生植物结构，也方便机械采收，生长的早期结束意味着，比起庭院种植的番茄，商业种植番茄的每一株会产生更少的果实。
但是，假如商业番茄种植者可以“诱骗”植物产生更多果实，而不牺牲这种独特而必需的植株丛生形状，将会怎么样？今天，冷泉港实验室（CSHL，Cold Spring Harbor Laboratory）的研究人员宣布，他们已经发现了一种方法来实现这个目标。这项研究发表在12月26日的《PLOS Genetics》杂志上，揭示出杂种优势的一种遗传学机制。杂种优势是植物育种的一个性能，从20世纪早期，育种人员就利用杂种优势来提高作物产量。研究人员发现，杂种优势背后隐藏的微妙之处，仅仅涉及一个基因。这为科学家们提供了一种手段，能够调整商业种植丛生番茄开花的时间长度。在这些植物中，较长的开花时间能够大幅提高果实的产量。
1908年，George Shull在CSHL首先发现了杂种优势。杂种优势（或heterosis），是指将遗传学上截然不同的两种植物进行杂交，产生各种性状均优于双亲的后代。几十年来，杂种优势被用来提高农业生产力，但是科学家们一直在争论，杂种优势是如何和为什么产生这种作用。
CSHL副教授Zach Lippman和以色列的同事们，在他以前的研究中，发现了一个罕见的杂种优势例子，涉及到编码成花素（控制开花过程和花量的一种激素）的基因中的一个遗传缺陷。这个基因的突变，显著增加了商业种植丛生番茄的产量，由博士后研究员Ke Jiang带领的Lippman及其团队，开始去了解这种显著效果背后的机制。
他们发现，商业丛生番茄植株，如果在成花素基因的两个拷贝中的一个具有突变，仅产生无此突变番茄植株一半的成花素，这推迟了它们停止制造花的时间。反过来，这全面引起了更多的果实产量。Lippman解释说：“这是因为，商业丛生番茄品种，对成花素激素的数量或剂量高度敏感，这改变了植物结构——也就是说，有多少花可以在生长结束之前形成。这些发现引发一个令人兴奋的预测：也许有可能通过调整成花素的水平，更进一步来增加产量。”
Lippman的团队也在另外一种植物拟南芥（Arabidopsis，十字花科模式植物，是西兰花和菜花等作物的一种近亲植物）中，研究了成花素突变。他们在这种植物中，虽然没有看到相同的产量增加，但也观察到由成花素剂量敏感性引起的植物结构的相同变化。这些研究结果表明，也许有可能在各种各样的开花植物中，通过控制成花素来提高作物产量。