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研究:隐性变异让基因编辑达不到预期

2019年5月13日7:42 环球解密

    新研究发现,不同的基因变异之间相互作用会产生科学家预料不到的结果。物种自身存在很多“隐性变异”,它们的单独存在不会有任何的特性表现,但在遇到其它变异的时候,可能会呈现出无法预期的后果。

    有关节(左)和无关节(右)的番茄植株茎干对比图。


    这份研究还观测到不使用基因编辑进行干预,自然界成功修复偏差的机制,令研究者们赞叹。

    事情要从当今美国知名的罐头汤厂商金宝汤公司(Campbell Soup Company)的番茄农场说起。上世纪60年代,农场种植主们发现,有的番茄植株茎干很光滑,没有那种“节骨眼”一样的关节。这种番茄采摘时,特别容易直接从番茄蒂那里利落地从植株上分离出来。

    而有的番茄茎干上有很多关节,采摘时容易从那个关节处断裂,也就是采摘下来的番茄多数连有一小部分茎干。在机械化采摘作业和运输的过程中,这些茎干经常“捅伤”番茄。

    他们发现这是番茄自然发生的一种基因变异,把它做作“无关节2号”(j2)基因变异,并在上世纪60年代广泛把这种变异应用到多种番茄品种中。

    然而他们很快发现,事情并不像预计的那样。这些引入了j2无关节变异的番茄,虽然分支很多,开花很多,番茄产量却不大。这是很不理想的结果。

    直到近两年,纽约的冷泉港实验室(Cold Spring Harbor Laboratory,简称CSHL)的生物学家Zach Lippman和Sebastian Soyk才终于找到了答案,解开了这个困扰了种植主们近半个世纪的谜题。

    这份新研究发现,番茄植株自带一种有着4000多年历史的远古“隐性”基因变异,与j2变异相遇后,导致了这种效果。

    “仅单个变异自身,对植株的健康和生长体现不出任何效果,”Lippman说,“但是当另一个变异与它共同作用的时候,负面效应就体现出来了,这也就是‘隐性’变异‘现形’的时候。”

    为了解决这个问题,当时的种植主检查了大量的番茄品种,直到找到一种既是无关节,产量又好的品种。

    几十年后今天的研究,利用先进的基因测序技术,发现这些最终筛选的植株并没有那种远古的隐性变异基因。

    基因变异也存在“负负得正”效果

    然而,这种远古隐性基因毕竟是广泛存在的,也就是说很难把植株稳定在没有这种变异基因的状态。于是,一些佛罗里达种植主采用的办法让科学家发现了一个有趣的秘密。

    当时弗罗里达的一些种植主筛选了一种额外的“隐性”变异,发现能够中和以上两种变异冲突的效果。

    这份研究的作者发现,原来他们引入的那种额外隐性变异,其实是远古隐性基因变异的一个拷贝。也就是说既然很难移除那种隐性基因变异,通过不断的培育,直到出现更多一个隐性基因变异的拷贝,居然就修复了这个问题。

    “远古基因变异通常会降低基因功能的30%,但如果有两个这样的变异,基因居然又恢复正常的功能,就像没有变异的完好基因一样了!”Lippman解释说。

    大自然的自动修复机制,让顶尖的科学家们赞叹。“这个(重复性)是自然发生的,因此,大自然为自己的问题提供了解决办法。”

    这份研究近期发表在《自然.植物》(Nature Plants)杂志上。

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