2018-11-20 21:56:01
由父母冲突塑造的植物特征

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植物物种的不同亚种群可具有不同的性状,大小,种子数,着色等不同。这种变异的主要来源是基因:不同版本的基因可能导致不同的特征。然而,基因不是这些特征的唯一决定因素,研究人员正在更多地了解另一个因素:表观遗传学。表观遗传因子是调节基因,改变其表达的基因,以及它们可以代代相传的基因,即使它们不依赖于基因的实际DNA序列。

一种表观遗传机制是DNA甲基化,其中添加称为甲基的化学标签可以打开或关闭基因。共享相同DNA序列但具有不同甲基化模式的基因称为epialleles。一些研究表明,与不同版本的基因一样,等位基因可以引起植物亚群或菌株之间的性状差异,但是遗传因子是否也起作用可能很难确定。

怀特黑德成员Mary Gehring的实验室,也是麻省理工学院的副教授,已经描述了证据证明单独的亚细亚可以导致植物中不同的遗传性状。在11月5日在线发表于PLoS Genetics期刊的研究中,Gehring与共同第一作者和前实验室成员Daniela Pignatta和Katherine Novitzky一起表明,在拟南芥植物的不同菌株中改变基因HDG3的甲基化状态已经足够引起种子重量的变化和种子发育的某些方面的时间。

在植物中,基因的甲基化状态在种子发育期间最频繁地改变,当基因被打开或关闭以促进生物体的发育时。这个时期也是在从母亲和父亲遗传的部分之间的每个种子的基因组中出现利益冲突的时期。母株同时产生不同父亲施肥的种子。为每个种子提供相同比例的营养素,以获得许多较小的种子符合母亲的利益。但它的种子能够获得最多的营养并且变得更大,这符合父亲的利益。这种冲突通过一种称为印记的表观遗传机制发挥作用,其中,通过父亲和母亲的基因拷贝之间的差异甲基化,一个亲本的拷贝在后代中被沉默,从而只表达该父母的另一个父本的版本。

基因HDG3印在一株拟南芥中,因此只表达了父亲的拷贝。格林和她的团队发现,当菌株失去其父系印记时,种子发育的时间受到影响,植物最终会变成较小的种子。这与印记理论是一致的:当父亲的基因具有优势时,种子比父母的基因同等表达时更大。

其他实验测试了在各种情况下通过甲基化激活或沉默HDG3的效果,在单独的拟南芥株中,其中基因开始沉默,以及两种菌株之间的杂交。研究人员发现,改变基因的甲基化状态足以影响种子大小和种子发育的时间。在杂交中,这些性状取决于基因的父本拷贝是否来自HDG3正常沉默的菌株或其正常活化的菌株。

总之,这些实验证明甲基化状态的变化与种子发育和大小的差异之间存在联系。这表明自然群体中的亚细胞与基因的变异非常相似,在较大的群体中产生了不同的遗传特征。

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