2019-07-11 23:29:02
条纹大麦背后的神秘解决了

绿叶和茎的植物是常见的景观,是地球上最自然的东西之一。但是当考虑到这种着色是通过称为叶绿体的小叶绿素填充的细胞器来实现的,这种细胞器分布在植物细胞中,在那里它们利用它们的绿色色素将太阳能转化为化学能,这种绿色着色似乎不再那么微不足道了。由于它们在植物生物学中的基础作用,叶绿体及其植物着色能力长期以来一直是激烈研究的焦点。具体而言,遗传上受损的叶绿体不再或仅部分表达色素,用于鉴定基因并了解植物细胞内的分子机制。

一种显示突变叶绿体效应的植物称为Albostrians大麦。这种草植物不是生长绿叶,而是用绿白色条纹图案,这种效果称为杂色。尽管科学家们一直在使用albostrians突变体来研究植物的细胞机制,但直到最近才知道这种杂交效应背后的潜在基因。来自位于Gatersleben的莱布尼茨植物遗传与作物植物研究所(IPK)的一组科学家以及来自柏林洪堡大学和KWS LOCHOW GmbH的研究人员现在已经确定了潜在的基因HvAST,它引起了这种白化病的表型,刺激了小说对叶绿体发育的见解。

叶绿体是植物细胞中发现的绿色,叶绿素填充的质体。这些植物细胞器在地球上的生命中发挥着关键作用,因为它们进行光合作用,从而使植物得以发育和生长。叶绿体生物发生是叶绿体在来自所谓的原质体的植物细胞中成熟的过程。该过程可能受到外部因素(例如温度)的影响,并且严重依赖于核内编码的蛋白质和植物质体基因组的协同表达。由于质体基因组仅编码叶绿体生物发生所需蛋白质的一小部分,因此核基因组提供绝大多数。因此,核基因内的突变很容易导致叶绿体缺陷。

虽然功能性叶绿体在自然界中具有最重要的意义,但受损的叶绿体在研究中具有重要价值。导致植物着色畸变的突变体可用作遗传工具,以鉴定参与叶绿体生物发生的基因并理解植物内相关的分子过程。尤其是导致杂色的突变,植物上出现不同颜色(白色,黄色,绿色)的区域,对植物研究人员来说非常重要。这种表型是由同一植物组织的不同部门中正常和有缺陷的叶绿体的存在引起的,科学家们能够在研究过程中利用这种表型,例如在研究细胞器之间的通信或检查杂色本身背后的分子机制时。

Albostrians大麦,其绿白条纹,是一个众所周知的植物突变体显示杂色的例子。作为一种模式植物,它在以前的研究工作中帮助拓宽了叶绿体生物学领域。然而,导致白化病特异性杂色表型的机制的澄清以前受到因果基因未知的事实的阻碍。莱布尼茨植物遗传与作物植物研究所(IPK Gatersleben)的各个研究小组的科学家与柏林洪堡大学和KWS LOCHOW有限公司的研究人员合作,现已确定了负责任的基因。

利用定位克隆,ALBOSTRIANS基因被鉴定为CCT结构域基因HvAST。科学家两次验证基因的功能,首先通过化学突变诱导敲除,通过TILLING检测负责任的突变基因,然后通过RNA引导的Cas9核酸内切酶介导的精确基因编辑诱导突变。此外,发现HvAST是植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的CCT Motif转录因子基因AtCIA2的同源物。然而,虽然据报道AtCIA2参与核基因的表达,因此在叶绿体生物发生中发挥关键作用,但研究人员惊奇地发现含有CCT结构域的蛋白HvAST定位于大麦中的质体,并且没有发现核定位的明确证据。然而,HvAST可能具有在早期胚胎发育期间质体核糖体形成的重要功能,并因此对于叶绿体发育具有重要功能。

“自20世纪50年代初以来,科学家们已经研究了色素沉着的变化,因为这种现象可以深入了解重要的基因功能和规则,从而深入了解生物体遗传学的基础知识。通过目前的工作,我们成功地确定了其中一种。这个过程中涉及的关键基因“,IPK的Nils Stein教授和该团队的通讯作者说。参与该研究的KWS SAAT SE首席研究员Viktor Korzun博士继续说道:“对这种含CCT结构域蛋白质作用的新认识,更重要的是,鉴定”白化病“表型所依据的基因可以随后对大麦突变体的机制进行了新的深入研究,并有可能促进叶片杂色和叶绿体发育领域的新研究。“

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