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由日本東京大學編輯,植物線粒體DNA實現(xiàn)編輯

閱讀:530        發(fā)布時間:2019-10-31

核DNA在20世紀70年代初編輯,葉綠體DNA于1988年編輯,動物線粒體DNA于2008年編輯。然而,植物線粒體DNA之前卻沒有被成功編輯過。直到近日,日本的研究人員成功編輯了植物線粒體DNA,這可能會帶來更安全的食物供應(yīng)。領(lǐng)導這項研究的東京大學分子植物遺傳學家、助理教授Shin-ichi Arimura開玩笑地說:“當看到水稻植株‘更有禮貌’時,我們知道自己取得了成功。因為它深深地鞠了一躬,穗多的水稻才會出現(xiàn)這樣的彎曲。”

 

植物線粒體DNA實現(xiàn)編輯 由日本東京大學編輯

 

研究人員希望利用這項技術(shù)來解決目前作物中線粒體遺傳多樣性缺乏的問題,這是食物供應(yīng)中潛在的破壞性弱點。他們還利用該技術(shù)創(chuàng)造了4個水稻新品種和3個油菜新品種。相關(guān)成果發(fā)表于《自然—通訊》。

 

植物線粒體基因組意味著什么?

 

1970年,一種真菌感染了美國得克薩斯州農(nóng)場的玉米,之后又因玉米線粒體的一個基因而導致感染加劇。農(nóng)場上所有玉米都有相同的基因,因此沒有一個對這次感染有抵抗力。那一年,整個美國15%的玉米絕收。從那以后,美國再也沒有種植具有該特定線粒體基因的玉米。

 

“我們現(xiàn)在仍然面臨很大的風險,因為世界上可利用的植物線粒體基因組太少了。我想通過我們的技術(shù)操縱植物線粒體DNA來增加作物的多樣性。”Arimura表示。

植物通過葉綠體中的光合作用產(chǎn)生大部分能量。然而,根據(jù)Arimura的說法,“葉綠體的作用被高估了”。植物通過和動物細胞一樣的“細胞發(fā)電站”獲得能量,也就是線粒體。在他看來,“沒有植物線粒體就沒有生命”。

 

“植物線粒體基因組比較大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多,基因有時是重復(fù)的,基因表達機制尚不清楚,有些線粒體*沒有基因組。在之前的研究中,我們觀察到它們與其他線粒體融合以交換蛋白質(zhì)產(chǎn)物,然后再次分離。”Arimura說。

現(xiàn)在,大多數(shù)農(nóng)民都不會從收獲的作物中留種。農(nóng)業(yè)公司供應(yīng)的雜交作物是兩個遺傳上不同的親本亞種的si一代后代,通常更強壯、更有生產(chǎn)力。其中一個父本不能制造花粉。研究人員將常見類型的植物雄性不育稱為細胞質(zhì)雄性不育(CMS)。

 

CMS是一種罕見但天然存在的現(xiàn)象,主要由線粒體引起。甜菜、胡蘿卜、玉米、黑麥、高粱等都可以利用CMS的親本亞種進行商業(yè)化種植。

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研究團隊采用了一種稱為mitoTALENs的技術(shù),使用單一蛋白質(zhì)定位線粒體基因組,將DNA切割成所需基因,并將其刪除。Arimura 表示,“雖然刪除大多數(shù)基因會產(chǎn)生問題,但刪除CMS基因會解決植物存在的問題。如果沒有CMS基因,植物就會再次繁殖。”

 

他們創(chuàng)造出了4個水稻新品種和3個油菜新品種,證明了mitoTALENs技術(shù)甚至可以成功操縱復(fù)雜的植物線粒體基因組。

 

Arimura說:“這是植物線粒體研究重要的di一步。”研究人員將更詳細地研究負責植物雄性不育的線粒體基因,并確定可能增加急需多樣性的潛在突變。

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