植物表观遗传学:作物改良的分子资源尚未开发
扎根23000多年前、农业引发了一场巨大的社会变革,人们生活的方式,避开了传统的狩猎的生活方式。世代育种者依靠超亲分离来改善他们的作物,跨越两个品种,然后选择优于父植物的后代。重复这个过程,人已经产生了精英我们现在的全球人口取决于作物品种。最近,基因分型的发展使大规模的预测基于DNA标记的特征。除了这个,现在可以积极生产和新特性介绍直接基因组编辑像CRISPR使用技术。这两种策略依赖于利用个体间核苷酸序列的变化和对表型的影响。
DNA甲基化是一个资源的作物
现在有越来越多的证据表明,基因组的变化可能不是唯一的机会增强特征重要的植物物种。表观遗传现象如副突变、转基因沉默、印记和转座因子在植物和潜在的失活是普遍为指示作物改良提供一个尚未开发的分子资源。表观遗传修饰的一种形式,被称为DNA甲基化,吸引了特别感兴趣。研究调查不同的methylome关键作物物种表明的登记入册> 99%的这些修改是守恒的在一个物种。然而,这仍有成千上万的差异甲基化区域(dmr)登记入册。至关重要的是,这些dmr的10 - 20%,研究表示消极的甲基化与基因表达之间的关系,表明一些dmr有可能直接影响表型通过影响基因的表达。
推进我们对植物表观遗传学的理解
进一步证据的潜在作用影响植物表型的dmr一直通过生成表观遗传重组自交系的分析(epiRIL)人口答:芥。这些生成的跨越两个基因相同的植物DNA甲基化水平不同,由于一方作为一个基因的纯合子突变DNA甲基化所需的适当的维护。后代的选择与这个基因的野生型副本之后,几代人的特性导致了人口与基因组甲基化水平变化只非常相似。由于脱甲基化在这些epRILs特定染色体区域,他们有可能表达的信息,通常由DNA甲基化沉默的自然变异。迄今为止,许多定量特征包括花期,株高和响应非生物压力已被证明在epRILs遗传方式的影响。其中一些已经映射到dmr。检查现有登记入册的芥透露,其中许多dmr作为自然变异存在,可能是由自然或人工选择。到目前为止,创建epRIL种群其他植物物种被证明是困难的,因为它们是更敏感的全基因组甲基化水平的变化。推动这一研究,必须开发更精确的或中等技术影响epiallelic变化更敏感的物种。
第一步采取epigenetically改良棉花
棉花价格低,预测表明他们可能再次下降到只有73美分每磅2018年平均每磅78美分预计在2016 - 2017年,农民在业界正在努力应对。一位研究人员,z博士杰弗里·陈在德克萨斯大学奥斯汀分校已经着手开发更有效率的棉花通过利用其表观基因组。最完整的建筑美国棉花的遗传图谱他在2015年与他的合作者,陈已确定的500个基因之间epigenetically修改不同的野生和驯化的棉花。他的团队能够跟踪如何通过杂交事件DNA甲基化的变化发生在野外,环境因素,最后,在被人类驯化。激动人心的是,研究小组发现,野生棉包含一个甲基化基因,阻止它开花的时候白天很长,特点,使得它适合很自然,热带环境。在驯化的棉花,同样的基因已经失去了这种甲基化,使基因表达的表观遗传变化可能有巨大影响使棉花走向全球。
在一个媒体声明陈先生说,“知道methylome进化和驯化期间改变将有助于该技术离现实更近一步”。
跟上人口增长的步伐
到2050年,世界将需要养活90亿人我们今天努力养活20亿多。为了满足这一要求,并确保全球人口获得足够的营养,全球粮食产量必须增加在短短30年70%。同时,全球化和现代化工业作物像棉花的需求增加,而压力减少对化石燃料的依赖,增加我们的需求更好的生物燃料的替代品。正确利用和理解稳定的表观遗传变异可能代表一个关键工具满足这些日益增长的需求。
