圆形、长条形、尖头的番茄都不少见。同是一个种类,为什么外形差别如此之大?美国俄亥俄州立大学研究人员揭开生物形态差异之谜,发现了决定番茄呈长条形态的基因,并取名“太阳”。他们希望未来运用“太阳”基因,培育出形状大小各异的其他果蔬。
番茄模型
番茄在农作物中属形态差异较大的一种,平日常见的番茄有梨形、蒜瓣形、椭圆形、尖椒形等。但科学家一直在探索,何种基因决定了包括番茄在内的其他植物的形态。
一个名为“太阳1642”的长条状番茄是研究的突破口。研究人员在“太阳1642”中发现了对番茄长成长条状起关键作用的基因,因此给这种基因取名“太阳”。研究论文发表在3月14日出版的《科学》杂志上。研究人员认为,“太阳”基因的发现将推动关于植物形状的研究。
研究小组负责人埃丝特·范德尔克纳普说:“在越来越受关注的植物形态学中,番茄是研究模型。培育番茄时,我们希望发现究竟是什么基因在影响番茄的形状,使它们呈现出如此大的差异。”
找到“太阳”
研究人员颇费一番周折,才找出是“太阳”基因决定番茄呈长条形状。
“察看了所有完成授粉的番茄细胞后,我们发现长形番茄的基因有相似之处,”范德尔克纳普说,“通过基因分析,我们确定了一部分染色体组可能起决定作用,随着观察深入,这个范围不断缩小,最后就能找到基因链中关键的部分。”
找到“太阳”基因并不容易。研究人员最开始确定的决定番茄长成长条形的基因,后来发现在圆形番茄中也可以找到。因此研究小组开展新一轮研究,再次确定形态基因。
初步确定“太阳”基因有可能使番茄长成长条形状后,范德尔克纳普领导研究小组做嫁接实验,把“太阳”移到圆形番茄上,后来这些番茄全部长成长条形。
研究前景
“太阳”基因另一个特点是,它在番茄完成授粉后才开始发挥作用。
发现“太阳”之前,科学家只找到名为“卵子”的基因影响植物形态。但“卵子”在授粉过程发生前的卵细胞发育时期就开始对植物起作用。
尽管现在找出了决定长条形态的“太阳”基因,但科学家仍需探究这种基因改变生物形态的过程。
克纳普说,研究小组下一个目标是判断“太阳”基因能否在番茄以外的果蔬上起作用。
据克纳普介绍,一旦找全所有决定番茄形态的基因,人们就可以自行控制番茄的形状。
生物谷推荐原始出处:
Science 14 March 2008:
Vol. 319. no. 5869, pp. 1527 - 1530
DOI: 10.1126/science.1153040
A Retrotransposon-Mediated Gene Duplication Underlies Morphological Variation of Tomato Fruit
Han Xiao,1 Ning Jiang,2 Erin Schaffner,1,3* Eric J. Stockinger,1 Esther van der Knaap1
Edible fruits, such as that of the tomato plant and other vegetable crops, are markedly diverse in shape and size. SUN, one of the major genes controlling the elongated fruit shape of tomato, was positionally cloned and found to encode a member of the IQ67 domain–containing family. We show that the locus arose as a result of an unusual 24.7-kilobase gene duplication event mediated by the long terminal repeat retrotransposon Rider. This event resulted in a new genomic context that increased SUN expression relative to that of the ancestral copy, culminating in an elongated fruit shape. Our discovery demonstrates that retrotransposons may be a major driving force in genome evolution and gene duplication, resulting in phenotypic change in plants.
1 Department of Horticulture and Crop Science, Ohio State University/Ohio Agricultural Research and Development Center, Wooster, OH 44691, USA.
2 Department of Horticulture, Michigan State University, East Lansing, MI 48824, USA.
3 College of Wooster, Wooster, OH 44691, USA.
* Present address: College of Medicine, University of Toledo, Toledo, OH 43606, USA.