在达尔文生日那天,番茄遗传学研究揭示了植物

 行业动态     |      2021-04-30 11:42

在查尔斯·达尔文207岁生日之际,一项针对不同
PCR仪野生西红柿群体进化的新研究揭示了植物遗传变异的重要性。今天发表在《PLoS生物学》杂志上的这项研究,利用全基因组测序技术,揭示了导致13种野生西红柿遗传差异的进化机制的细节,这些西红柿有着共同的祖先。

这项研究的第一作者是密歇根大学博士后研究员詹姆斯·皮斯,他在印第安纳大学为他的博士论文进行了研究。深入的基因分析由IU的莱昂尼·莫伊尔领导。

"这项研究揭示了推动植物物种多样化的意外复杂遗传机制的新细节,"莫伊尔说, 他作为国家科学基金会118万美元赠款的主要研究者进行了这项研究。

"我们在番茄物种中观察到的巨大生物多样性并不是仅仅由一个进化或环境因素造成的。这是一组复杂的遗传资源的结果,我们可以用大规模的基因组数据来区分,"Pease说,他于2015年6月加入U-M生态和进化生物学系。

这项研究可能有助于今后通过采用杂交方法而不是基因工程提高对害虫或恶劣天气的抵抗力,在气候变化时期创造更具弹性的作物植物。

莫伊尔说,番茄之所以用于这项研究,是因为它们是一个生态和生殖多样化的植物群,他是2014年5月访问厄瓜多尔收集不同种群的西红柿的一部分,这些西红柿原产于生物多样性热点安第斯山脉。

达尔文虽然以在雀类方面的工作而闻名,但他也在厄瓜多尔的加拉帕戈斯群岛上寻找野生西红柿,这是英国博物学家在1835年他具有里程碑意义的群岛之旅中收集的数百种动植物物种之一。

莫伊尔说:"近200年后,这些植物仍然揭示了进化的重要新见解。

通过引进现代技术来研究这些西红柿,这项研究能够澄清遗传关系,评估这些野生植物物种之间的基因流动,并揭示特定环境适应的遗传根源。皮斯说:"虽然生活在地球上最干燥的沙漠中或安第斯山脉高处的野生番茄物种,在许多特征上与我们数百万人吃的驯养番茄大不相同,但在基因组水平上却惊人地相似。

研究小组发现证据支持番茄快速适应生态变化能力背后的三大遗传策略:从共同的祖传池中招募基因,通过一种称为内向的自然杂交形式在物种之间进行基因交易,以及新基因突变的快速积累。

西红柿中基因的新突变数量惊人,突出了后一类。在研究的四大野生西红柿群体中,科学家发现了数百到数千个基因,这些基因具有蛋白质编码变化,这些基因是生态多样性的亚群所独有的。

例如,"红果"组的所有物种——驯化番茄的最亲密亲属——在负责在成熟水果中制造红颜料的化学途径中分享了10种酶的变化。其他特定的遗传变异导致更极端的差异,产生能够在各种环境中生存的番茄物种。

Pease说:"野生番茄物种之间以及这些植物和驯化番茄之间的不同和复杂的特征,通过利用至少三种基因变异,已经能够非常迅速地进化:来自祖先的多样性、物种之间的基因交易和新的进化变化。

更了解基因多样性的这种微小变化如何造成物种的巨大差异,最终可能导致能够确定导致某些理想特征的特定基因,如抗虫或硬性,其中许多基因可能由于历史育种实践而丢失。

莫伊尔说:"野生西红柿中有很多潜在的有价值的特质。"我们准确追踪这些物种遗传历史的能力可能有助于植物育种者识别出理想的特征,这些特征可以通过杂交将野生物种重新引入商业类型。