Nat Genet：利用CRISPR/Cas9让番茄植物更早开花结果
2016-12-11 佚名 生物谷
在一项新的研究中，来自美国冷泉港实验室（CSHL）的一个研究团队利用一种简单而又强大的调整两种流行的番茄植物品种中的基因的CRISPR/Cas9基因组编辑方法，开发出一种快速的方法使得它们比当前的商业品种早两个星期开花和结出成熟的果实。相关研究结果于2016年12月5日在线发表在Nature Genetics期刊上，论文标题为“Variation in the flowering gene SEL
在一项新的研究中，来自美国冷泉港实验室（CSHL）的一个研究团队利用一种简单而又强大的调整两种流行的番茄植物品种中的基因的CRISPR/Cas9基因组编辑方法，开发出一种快速的方法使得它们比当前的商业品种早两个星期开花和结出成熟的果实。相关研究结果于2016年12月5日在线发表在Nature Genetics期刊上，论文标题为“Variation in the flowering gene SELF PRUNING 5G promotes day-neutrality and early yield in tomato”。
这意味着在每个生长季节种植得更多，因而也就意味着更高的产量。在这种情形下，它也意味着人们能够尽可能地在靠北的维度地区种植番茄植物。
论文共同通信作者、CSHL副教授Zachary Lippman说，“我们的研究引人注目地展示了基因编辑--- CRISPR/Cas9技术---快速地改善作物育种中的产量性状的力量。”他说，它的应用能够不局限于番茄家族，还可包括很多主要的粮食作物，如玉米、大豆和小麦。
Lippman指出这种技术不只是简单地提高产量。“它真地是关于构建一种基因工具箱而能够让培育者和种植者在一代内调整花朵产生的时间，因而调整产量，从而有助我们最好的品种在它们当前不能够茁壮成长的世界某些地方适应性地生长。”
在这项新的研究中，Lippman和他的同事们揭示出相对于南美洲的野生近缘种，如今的栽培番茄植物为何对一天的光照时间不是非常敏感。在某种程度上，栽培植物是否有12小时或16小时光照并不是非常重要；它们在种植之后几乎在相同的时间点开花。
一种已知的激素系统调节开花时间---因而调节植物在何时产生它的首个成熟的果实。激素成花素（florigen）和一种起反作用的“抗成花素（anti-florigen）”激素SP（SELF PRUNING）以一种阴阳相互作用的方式一起发挥作用，其中成花素促进开花，而SP延迟开花。作为这项新研究的第一部分，研究人员研究了赤道附近的加拉帕戈斯群岛（全年昼夜接近12小时）上土生的一种野生番茄品种。他们想要了解当在具有非常长的夏天的北纬地区种植时，这种植物为何在这个季节非常晚地开花，并且产生非常少的果实。
他们了解到，这种野生的近赤道番茄品种对光照时间非常敏感。Lippman说，白天时间越长，开花所需的时间也越长，然而，“当你拥有更短的光照时间时，就像在这种植物的天然栖息地中的那样，它们更快地开花。”这提示着在野生番茄植物的驯化之前或期间的某个时间点，番茄植物发生基因变化。Lippman提出，当西班牙征服者赫尔南-科尔斯特在16世纪早期将番茄从墨西哥带到欧洲时，这些变化可能就已发生，从而开启番茄植物在中北维度地区广泛种植的时代。
Lippman和同事们追踪到栽培番茄植物的日照时间敏感性丢失是由于基因SP5G（SELF PRUNING 5G）发生突变。它是成花素和抗成花素基因家族的一个成员。
通过将来自加拉帕戈斯群岛的这种野生番茄植物在纽约市的温室和田间种植，Lippman和同事们观察到SP5G基因编码的抗成花素激素在表达和活性上发生显著激增，从而导致开花时间大幅延迟。相反之下，在栽培番茄植物中，这种抗成花素激素激增要弱很多。
Lippman说，他的团队的主要创新---基于栽培番茄品种，培育出樱桃番茄（cherry tomato）和罗马番茄（roma tomato）品种：它们要比这些栽培番茄品种更早地开花---源自他们观察到尽管栽培番茄植物对日照时间非常不敏感，但是“抗成花素基因SP5G仍然存在一些残余表达”。
这让Lippman团队利用基因编辑工具CRISPR/Cas9诱导SP5G基因发生微小突变，其目的在于让这种基因完全失活，这样它根本不会产生任何抗成花素蛋白。
当将这种经过基因编辑的SP5G基因版本导入流行的樱桃番茄和罗马番茄品种时，它们更早地开花，因而使得它们的果实更早地成熟。调整另一种让番茄植物以一种密集的紧凑的类似灌木丛的方式生长的抗成花素基因使得这些较早开花的番茄品种长得更加紧凑和早实丰产。
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