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为了保护干细胞植物有多种遗传备份计划

尽管进化驱动了各种各样的差异,但许多植物的功能相同。现在一项新研究揭示了各种开花植物物种用于实现相同现状的不同遗传策略。

在开花植物中,干细胞对于存活至关重要。受环境因素影响,干细胞指导植物生长的方式和时间。无论植物是否需要深根,更高的茎或更多的叶子和花朵,干细胞都能为这项工作生产新的细胞。这也是干细胞过多或过少都会破坏植物生长的原因。

CSHL教授和HHMI研究员Zach Lippman说,负责这一切的是“在所有开花植物中发现的核心遗传回路”。在Nature Genetics发表的一篇论文中,Lippman和CSHL教授David Jackson描述了确保“深度保守的干细胞回路”保持某些功能的遗传机制,即使在称为CLV3的信号蛋白中发生缺陷,以及与之相互作用体,CLV1。

“这些参与者对于确保植物在整个生命过程中具有适当数量的干细胞至关重要,我们发现当这些玩家因偶然突变而受到损害时,会有备用系统启动,”Lippman解释道。研究人员确定,尽管干细胞回路对于开花植物至关重要,但遗传备用系统在植物之间可能会有很大差异。

例如,如果产生CLV3的基因被番茄中的突变破坏,则相关基因将代替它。然而,杰克逊的团队发现,在玉米的情况下,两个基因正在并行工作以产生必需的信号蛋白。

“我喜欢将它与划艇比较,”利普曼补充道。“在西红柿有两个人可以划船,但只有一个人划船。但如果主划船者伤到他的手臂,第二个人就可以拿起桨。在玉米中,两者都在划船,但不一定是平等的。在拟南芥[rockcress]中,你有一个由7,8或9名其他赛艇运动员支持的主赛艇;看起来只有一个有全尺寸的桨。其余的只是使用非常小的桨。

杰克逊说:“我们惊讶地看到了这么大的差异,但回想起来,它揭示了进化的力量,寻找保护关键发育回路的新方法。”

根据Jackson,Lippman及其同事的说法,了解这些物种特定的保护关键遗传相互作用的策略对于实现“智能作物设计”和利用基因组编辑提高农业生产力和可持续性至关重要。

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