揭示拟南芥

首个植物基因组项目——现已完成——有望彻底变革作物科学

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在雨果·德弗里斯重新发现格雷戈尔·孟德尔著名的遗传规律一百年后,研究人员已经详细描述了首个植物基因组。一个团队在上周的《自然》杂志上发表了一种名为拟南芥或鼠耳芥的普通杂草的完整基因序列。尽管这种植物本身对人类几乎没有直接用途,但新数据将为评估控制许多开花植物物种(包括具有商业价值的作物)发育和生理过程的基因提供前所未有的手段。

研究人员去年对前两条拟南芥染色体进行了测序。现在,在名为拟南芥基因组计划的国际联盟成立四年后,他们已经完成了其他三条染色体的测序。在这些五条染色体上,科学家们已经鉴定出约 26,000 个基因,这些基因由约 1.25 亿个碱基对组成。这对于基因组来说是很小的。许多作物植物的基因组比这大数百甚至数万倍:例如,小麦的基因组估计有 150 亿个碱基对。但遗传学家选择拟南芥作为他们的模式生物,是基于其相对的遗传简单性以及其较短的世代时间。


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有了完整的植物基因组可供研究,生物学家现在可以探究负责植物基本活动(如发芽、开花、休眠和结籽)的基因。了解这些基因在拟南芥中的位置将帮助研究人员在基因组更大的植物中找到它们的对应基因。因此,研究人员将能够培育出更好的植物。事实上,首先在拟南芥中鉴定的基因已经为我们提供了关于如何使番茄成熟、保护小麦免受疾病侵害以及提高油菜籽油(加拿大油菜籽)产量等方面的经验。

尽管拟南芥序列本身可以作为其他植物基因组的指南,但水稻基因组的测序计划正在进行中,研究人员正在争论对玉米和其他作物进行测序的优劣。但是,解开这些基因组所需的资金和技术远远超过了简单鼠耳芥所需的资金和技术。水稻基因组长达 4 亿个碱基对,就谷类作物而言,它是更易于管理的潜在对象之一。然而,即使这样也比拟南芥基因组长四倍。尽管如此,日本农林水产省 (MAFF) 仍希望在 2004 年完成水稻基因组测序。

拟南芥测序的意义超越了农业影响。这些丰富的新数据也应该阐明开花植物的进化历史。此外,考虑到拟南芥的许多基因都与人类基因相对应,了解拟南芥基因的位置和功能将使遗传学家能够定位人类基因并更多地了解各种疾病。“更好地了解基因在细胞中(无论是植物细胞还是动物细胞)发挥的功能,将有助于我们了解如何诊断和治疗人类疾病,”华盛顿大学的理查德·K·威尔逊说。事实上,正如英国诺威奇约翰·英纳斯中心的遗传学家迈克尔·贝文告诉《科学》杂志的那样,来自不起眼的鼠耳芥的基因组序列“将具有与人类基因组一样大的影响”。

凯特·王是一位屡获殊荣的科学作家,也是《大众科学》的高级编辑,专注于进化、生态学、人类学、考古学、古生物学和动物行为。她对人类起源着迷,她已经报道人类起源超过 25 年。最近,她开始痴迷于鸟类。她的报道带她去了尼安德特人曾经居住的法国和克罗地亚的洞穴,去了肯尼亚图尔卡纳湖岸边寻找世界上最古老的石器工具,去了马达加斯加进行挖掘古代哺乳动物和恐龙的探险,去了南极洲冰冷的水域,在那里座头鲸以磷虾为食,还在康涅狄格州参加了一场“大日”比赛,在 24 小时内尽可能多地找到鸟类物种。凯特与唐纳德·约翰逊合著了《露西的遗产:人类起源的探索》。她拥有密歇根大学生物人类学和动物学理学学士学位。在 X(前身为 Twitter)上关注王:@katewong

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