来源:中国科学报
作者:张晴丹
没放生菜的汉堡是异国灵魂的,蔬菜沙拉里也必有生菜的身影。近年来,生菜已经成为颇受消耗者喜欢益的食物,其中结球生菜因营养雄厚且口感更加响亮、鲜美,在多生菜中“脱颖而出”。
结球生菜如何形成叶球?这引首了科学家的益奇。
然而,与模式植物分别,蔬菜种类众多,有上百种,结球又是蔬菜里专有的性状,其复杂性让国内外有关钻研止步不前。
近日,华中农业大学园艺植物生物学哺育部重点实验室匡汉晖课题组攻坚克难,议决正向遗传学手段成功判定了限制生菜结球的基因,并且用遗传转化验证了该基因功能和作用机理,对结球蔬菜的品种选育有偏主要的科学意义。
有关钻研收获发外在美国《国家科学院院刊》上。
遗传钻研难得重重
人们清淡所说的生菜在分类学上属于叶用莴苣,而茎用莴苣则被人们称为莴笋。
行为主要的大宗蔬菜之一,莴苣属于菊科,首源于地中海地区,具有专门雄厚的种培类型,包括罗马生菜、散叶生菜、奶油生菜、结球生菜、油麦菜、莴笋等。
“莴苣分别种培类型之间的形式迥异较大,但分别类型之间能够进走杂交,并能产生可育的子女。所以,莴苣是钻研植物形式发生及进化的卓异原料。”匡汉晖在批准《中国科学报》采访时外示。
这内里,生菜的“结球”特性引首了课题组的有趣。
结球是叶片发育的稀奇外型。结球蔬菜的叶片都有一个共同特征,即叶片由外向内曲曲、层层包裹,由叶片构成一个球状结构,云云的叶球里几乎是无菌状态,专门清洁。
从生物学角度来望,结球性状与植物传宗接代的“使命”有些南辕北辙。植物滋长的方针是把本身的基因传递给下一代,结球以后,植物开不出花来,就会灭种。
这对于植物繁衍“有害”的性状,却受到人造选育的青睐。
“结球蔬菜的叶球拥有更脆嫩的质地,口感也更益,而且便于死板化收获、易存储、货架期长,所以结球生菜深受市场喜欢益,占整个生菜产量和消耗的一半以上,有些地方还靠种植结球生菜来脱贫致富。钻研结球生菜具有实际意义。”匡汉晖说。
然而,这条路并不益走。几十年来,国内外科学家都在开展有关钻研,但关于蔬菜结球的隐秘却不息未能破解。
“因为在于,结球是多基因限制的数目性状,这就导致吾们难以追求踪迹。”论文共同第一作者、华中农业大学园艺林学学院博士卒业生厉承欢在批准《中国科学报》采访时说。
不光如此,和一些传统蔬菜相比,结球生菜更易受环境影响,比如光照、温度等因素都能够会影响结球外型。这些因素造成其遗传钻研专门难得,此前不息没能找到叶球形成的遗传调控基因。
找到基因 完善双验证
想要找到这个“主角”难若登天。课题组选用结球生菜与罗马生菜进走杂交获得F1代后,进一步自交获得F2群体。
课题构成员对F2群体的结球外型进走分析发现,群体中结球性状由周详结球到十足不结球的不息分布,外明该遗传群体中结球是一个数目遗传性状。
为了突破数目遗传性状由多基因限制的钻研窒碍,就必要在短期内进走单基因化。这就相等于要把一个多维空间“降成”一维,其中的艰难可想而知。
“议决比较结球和不结球性状在遗传上的迥异,吾们在生菜的4号和7号染色体上发现了两个主效的结球位点,并将其命名为LHL1和LHL2。对这两个位点别离单基因化及遗传定位,效果发现LHL2位点效答更强。
论文中吾们选择了这个位点进走进一步钻研,将其锁定在了一个约450kb的区域,对这个区域进走基因注解发现,该区域共编码有11个基因。”厉承欢介绍。
其中,一个玉米KN1基因的同源基因引首了课题组的仔细,也就是LsKN1。在玉米中,KN1基因是限制植物茎尖分身布局发育的基因。
实际上,LsKN1基因并不是结球生菜独有的,它在一切生菜和莴笋里都有。由于变异才导致结球,而变异则是由一个转座子引首的。
课题组发现,结球生菜中该基因的第一个外显子中插入了一个转座子,转座子的插入让LsKN1基因的外达量隐微上调,而异国插入这个转座子的生菜则不结球。
所以,他们认定,LsKN1基因就是苦苦追求的谁人能够限制结球性状的关键。
找到这个候选基因后,另一个主要的做事是进走“功能验证”。结球蔬菜的遗传转化专门难做,课题组在这项做事上消耗了大量精力和时间。
“议决遗传转化互补实验,吾们发现这个基因能够十足互补生菜的结球外型。进一步,吾们构建了该基因的敲除突变体,其外型由结球变为十足不结球。”
论文共同第一作者、华中农业大学园艺林学学院博士后余长春通知《中国科学报》,遗传转化互补实验和敲除实验都验证了该基因是生菜中限制结球的关键基因。
品种选育“幼我订制”
结球外型是一个专门主要的性状。除了菊科中的生菜和菊苣,生活中常见的结球蔬菜还有十字花科的甘蓝、白菜、孢子甘蓝。
“用吾们的手段往解析蔬菜结球的性状,是一个比较益的模式,能够为甘蓝、白菜、孢子甘蓝等其他结球蔬菜的有关钻研挑供参考。”厉承欢说。
叶子有背面和腹面,两者的作用和结构也纷歧样。课题组议决石蜡切片分析发现,不结球生菜叶片近轴面细胞排列整齐、周详,而远轴面细胞排列疏松,外现为清晰的背腹性分化。
与此相逆,结球生菜近、远轴细胞相通,无清晰的背腹性分化。这表明叶片的背腹性发育参与了生菜结球性状的形成。
“对结球性机理的钻研能够说是对整个植物叶片发育理论钻研的一个补充,首到了‘增砖加瓦’的作用。”余长春指出。
在生产过程中,结球生菜其实比较“矫情”。结球生菜对温度专门敏感,冬天结球状态很益,但容易“过火”,结出的球专门紧实,而到了夏季往往会结球“战败”,这让农民相等苦死路。
“克隆了调控结球的关键基因后,吾们能够行使这个基因来辅助结球生菜品种的育种做事,甚至能够精准限制叶球的松紧度,真实实现结球生菜的‘幼我订制’。”
匡汉晖外示,这对整个结球蔬菜品种选育都具有必定的请示意义。
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