Cell证实:无需改变蛋白质,改变基因的调控就可以改变性状

【字体: 时间:2021年03月05日 来源:生物通

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  通过基因组编辑,研究人员发现无需改变基因产生的蛋白质,就可以通过改变基因的调控来改变植物的性状。

  

在番茄中,一种被称为WOX9发育基因能帮助产生花。但是,在地樱桃(groundcherries)中这种基因的作用却是未知的,地樱桃是与番茄植物密切相关的甜酸味水果。研究人员利用基因组编辑工具CRISPR改变WOX9的生成时间,地点或数量,可以增加地上的开花。与原植物相比,红色箭头指向额外的花枝。


在进化的时间尺度上,单个基因可能在不同物种中扮演不同的角色。一项研究指出可以通过基因组编辑,揭示基因的多重隐藏作用。

来自冷泉港实验室(CSHL)、HHMI的Zach Lippman教授,与以色列希伯来大学Idan Efroni合作,剖析了发育基因WOX9在不同植物中以及发育中不同时刻的活性。通过基因组编辑,他们发现无需改变基因产生的蛋白质,就可以通过改变基因的调控来改变植物的性状。

这一发现公布在Cell杂志上。

“基因”是编码蛋白质的DNA,其他附近的DNA片段也可以调节基因的活性,指示它们在何处,何时以及在何种程度上处于活跃状态。借助基因组编辑工具CRISPR,科学家可以将精确的突变引入DNA,包括这些调控区域。科学家们本来是希望使用CRISPR来微调植物性状,但该技术产生了令人惊讶的结果:一些基因证明具有以前未知的功能。

WOX9是几种“homeobox”基因之一,可帮助植物和动物在发育的结构中设定边界。尽管该基因在拟南芥的早期发育中起作用,但它也影响番茄的后期发育,包括繁殖和开花。

Lippman和Hendelman使用CRISPR在WOX9周围的调控DNA中产生了一系列突变,从而揭示了番茄,地樱桃和拟南芥植物的其他功能。如果给定正确的调控序列,该基因可以在所有这三个物种中诱导更多的花形成。因此,仅通过改变其调控,WOX9就可以提高这些作物和其他农作物的产量。这一发现表明其他基因也可能具有隐藏的多重作用。

“我们知道科学家们可能希望通过基因组编辑来针对大量基因,改善农作物,但是还有其他系列基因,它们可能具有真正有用的功能,也可以帮助改善农作物。因此,通过使用这种方法,可以揭示这些功能,然后可以预测地针对该特定角色微调该基因的活性,从而获得所需的性状修饰。”

(生物通)

原文标题:

Conserved pleiotropy of an ancient plant homeobox gene uncovered by cis-regulatory dissection



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