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科学家成功编辑植物DNA的长链部分 改善了作物的遗传多样性

作物经常进行基因改造以提高产量或使其更难抵抗疾病和气候,但如果不能获得大部分DNA,遗传多样性就会受到限制。

据外媒报道,日本研究人员首次发现了一种编辑植物线粒体DNA的方法,这将有助于改善作物的遗传多样性。线粒体通常被称为细胞的“制造能量的结构”,因为它们通过营养产生能量。这些区域含有自己的DNA,与细胞其他部分的核DNA分开。虽然动物体内的线粒体DNA具有更小更简单的基因组,但在植物中却是另一种方式。据外媒报道,日本研究人员首次发现了一种编辑植物线粒体DNA的方法,这将有助于改善作物的遗传多样性。线粒体通常被称为细胞的“制造能量的结构”,因为它们通过营养产生能量。这些区域含有自己的DNA,与细胞其他部分的核DNA分开。虽然动物体内的线粒体DNA具有更小更简单的基因组,但在植物中却是另一种方式。

“植物线粒体基因组比较大,结构复杂得多,基因有时复制,基因表达机制尚不清楚,有些线粒体根本没有基因组 - 在我们之前的研究中,我们观察到它们与其他线粒体融合以交换蛋白质产物,然后再次分离,“该研究的首席研究员Shin-ichi Arimura说道。

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由于这种复杂性,线粒体DNA以前从未在植物中成功编辑过。这将是一种有用的能力 - 作物经常进行基因改造以提高产量或使其更难抵抗疾病和气候,但如果不能获得大部分DNA,遗传多样性就会受到限制。

这可能会产生毁灭性的后果。1970年,一种名为玉米小斑病的真菌病在美国摧毁了玉米供应,线粒体中的某种基因使许多玉米植物常见。由于遗传多样性有限,香蕉也容易受到类似的威胁。

“我们现在仍然面临很大的风险,因为世界上使用的植物线粒体基因组很少,”Arimura说道。“我想用我们的能力操纵植物线粒体DNA来增加多样性。”

从由东京大学、东北大学和玉川大学的研究人员组成的团队采用了一种用于编辑动物线粒体DNA的过程。团队将其命名为mitoTALENs,该技术使用蛋白质切割和删除线粒体基因组中的特定基因。

研究人员使用改良的mitoTALENs技术来剪切一种线粒体基因,该基因被认为会导致一种称为细胞质雄性不育(CMS)的病症,这种病使得雄性植物不育并且无法制造花粉。使用该方法,该团队创建了四个新的水稻品种和三个新的油菜品种。尽管这样可以提高产量,但团队表示,这项工作的真正好处是为作物增加了遗传多样性。他们需要更多的研究来确定可以为此目标编辑哪些其他线粒体基因。

该研究发表在《自然—植物》杂志上。

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