化工资讯网整理编辑:两种不同的植物,在自然界中偶尔会发生杂交的情况。这时也许会引发一些问题,这是因为父本和母本的遗传信息有时并不相配。不过这个问题也是很容易解决的。亲本植物只需要将完整的遗传信息全部传递给下一代(而不是一半),在这种情况下染色体就能够在减数分裂中正确配对,而且,减数分裂是生殖细胞的形成途径。
在这种情况下,杂交形成的植物仍有繁殖能力,并形成了新的物种。这种被称为异源多倍化(allopolyploidy)的现象,在野生植物和农作物(例如小麦、油菜籽和棉花)中都很常见。此前人们普遍认为,异源多倍化依赖于杂交和基因组加倍。日前,德国马普植物分子生理研究所的Ralph Bock领导研究团队,首次展示了一种无性的异源多倍化途径,并由此得到了新的植物品种。
研究团队使用的是嫁接法。在园艺和葡萄栽培领域,人们通过嫁接将两个品种的优点结合起来。举例来说,将对害虫敏感的高品质葡萄与抗性品种嫁接起来,能够有效防治葡萄根瘤蚜(一种祸害葡萄的著名害虫)。两种嫁接植物之间并不存在遗传学物质的重组,而是采用了一种被称为水平基因转移的策略。“我们之前的工作证明,嫁接植物的接触区域存在着叶绿体基因的水平转移。现在我们想知道的是,嫁接过程是否涉及了细胞核遗传信息的转移,”Ralph Bock解释道。研究人员将不同的抗生素抗性基因分别引入两种烟草(Nicotiana tabacum和Nicotiana glauca)的细胞核基因组,然后将两种烟草相互嫁接。在融合发生之后,研究人员切下两种烟草的接触区域,将其放到含有两种抗生素的培养基中,只有携带两种抗性基因的细胞才能够生存。令人惊讶的是,培养及中长出了许多双重抗性的苗木。
这种双重抗性是来自单个基因的转移,还是真个基因组的转移呢?研究人员对双重抗性植物进行了染色体计数。如果发生了完整基因组转移,那么新植物的染色体数应该是两个亲本染色体数之和。“N. glauca含有24个染色体,而N. tabacum 含有48个染色体,”Ralph Bock介绍道。“而我们在双重抗性植物中发现了72个染色体。”“我们通过无性途径得到了新的异源多倍体植物,”文章的第一作者Sandra Stegemann说。研究人员将这种新植物放到温室中进行培养,它们很明显结合了两种亲本的特征。而且这种新植物比亲本生长得快得多,这是许多异源多倍体的特性。
由于这种新植物可以持续进行有性繁殖,研究人员于是便将其视为一个新的物种,命名为Nicotiana tabauca。可以由相关研究得出,在水平基因组转移的基础上,科学人员对植物进行嫁接和筛选,可以帮人们创造出更高产更优良的新的农作物。