美国科学家分离鉴定到大豆孢囊线虫抗性基因

 

“根据世界范围内多年来的大豆的产量损失情况来看，大豆孢囊线虫是大豆上最重要的病害，”威斯康星大学麦迪逊分校的植物病理学教授高级作者安德鲁·本特说。“世界上的人口正由60亿激增至90亿，当我们试着养活全世界的人口时，大豆可作为蛋白质和食用油的最重要来源之一。”

 

“线虫是顽强的对手，能在土壤中存活数年，高毒且持效期长的化学药品才能杀死它。”本特说。培育具有Rhg1这一遗传结构的大豆是防治孢囊线虫的首选防御措施，此类品种现已在全世界数百万英亩的土地上种植。但是直到现在，科学家对Rhg1 如何起作用知之甚少。不过最近在《科学》上发表的一项研究中，本特、研究生大卫·库克和包括伊利诺斯大学的马修·哈得孙在内的合作者揭示出Rhg1实际上包含了3个基因，这些基因共同起作用使大豆对线虫产生抗性。虽然Rhg1的单拷贝不能使植物产生抗性，但具有10个此种三基因结构的拷贝的植物在被线虫侵染地块中长势良好。鉴定这些抗性基因将有助于植物育种家迅速地鉴定抗性植物，加速培育更抗线虫的大豆品种。生物技术学家现在也可以利用这些基因提高大豆对线虫的抗性。

 

“这一新发现值得重视，不仅仅是因为Rhg1能控制一种每年在美国导致超过十亿美元大豆产量损失的病害，”本特表示。“彼此相邻的若干基因都控制相同的性状，这在微生物和真菌中确实常见，但在多细胞高等生物中则非同寻常。”

 

其次，虽然“多个拷贝数”现象——DNA片段的重复 —— 以前也发现过，“但此次的发现证明，事实上，多拷贝使基因变得高效。”

 

再次，多拷贝涉及的是一个三基因的序列，而非单个基因。“我们知道基因被复制，但如此小的基因区域被多次复制，这很不寻常，”本特说。“这是一种奇特的结构。”对于这三个基因如何击败线虫等诸多细节问题还有待解决。因为其中的2个基因参与将化学物质转运至细胞内部和在细胞之间转运的过程，“一种易于得出的推论便是植物运送的物质存在差异，”本特说，“但是我们不知道这种化合物对线虫是有毒或者是线虫需要的。我们无法肯定是否植物毒死了线虫。也许它不能与依赖植物化学物质生存的寄生虫共存。”

 

“显然，是三基因结构的多拷贝使得大豆产生抗性，”本特说。“我们有证据证明是这三个基因的高水平表达使得植物产生抗性”而非基因突变。“事实是基因产生更多的产物，增强了植物的抗性。”更广义来讲，多基因拷贝越来越常见，因此，多基因重复却只有单一功能也会越来越常见。 “随着基因测序变得更便宜、更快捷，人发现此类拷贝数的变化比我们猜测的要平常得多，尤其是在植物中，”本特说。“现在，我们有了一个有用性状的实际例子可用来解释，因为含有数个活跃基因的遗传结构的拷贝数是变化的。”