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狗尾草,一種在田間地頭經常能看見的野草。記得小時候,我經常摘一大把狗尾草帶回家,捧到媽媽面前,經過媽媽的巧手,一堆雜草瞬間變成了一隻只毛茸茸的小兔子、小狗熊。時至今日,每每看見路邊草叢中頑強生長的狗尾草,就勾起了兒時的回憶,耳邊響起那首熟悉的旋律:「沒有花香,沒有樹高,我是一棵無人知道的小草……」
正是這樣一種不起眼、難登大雅之堂的小草,近年來卻逐漸受到科學家們的關注。有希望和擬南芥一樣,成為實驗室裡研究植物基因功能的模式生物。
狗尾草的逆襲之路由此開始。它們換了新裝,搖身一變,成為了萬眾矚目的「高富帥」。它們漂洋過海,逐漸在世界各地播撒種子,安家落戶。又要有多少碩士博士生,為了它們寢食難安,日日期盼著它們能早點開花結果。
模式植物中,最廣為人知的非擬南芥莫屬了。和狗尾草一樣,擬南芥的出身也非常低微。可是,正是這樣一種不為人注意的野草,卻為我們打開了通往神奇的植物世界的大門。以擬南芥為模式植物,我們了解了植物生長發育過程的方方面面,並對其分子機理進行了深入研究。為改良農作物,穩定和提高糧食產量奠定了理論基礎。
可是,在實際的應用過程中。科學家們發現,由於許多糧食作物為禾本科、單子葉植物,而擬南芥為雙子葉植物,較遠的親緣關係,導致同家族基因的功能出現嚴重分化,甚至基因功能完全相反。因此,擬南芥中基因功能的研究,離最終農作物中的應用還很遠。
於是,科學家們又發展了水稻作為禾本科的模式生物。水稻屬於禾本科,也是一種重要的糧食作物。由於其基因組小,易於轉化等諸多優點,以水稻為模式植物開展的研究也越來越多。尤其是我們中國,在水稻的功能基因組學研究方面,已經走到了世界的前列。
可是,水稻也有其先天的缺點。水稻的生長對環境溫度的要求比較嚴格。在北方,每年只能種一季。每年冬天,我們都要打飛的去海南進行繁種。人家飛到海南旅遊,我們飛到海南種地。嗯,就是這麼任性!我驕傲!!!另外,水稻的生長周期比較長,這就導致做水稻的碩士博士們的延期情況普遍嚴重。讀個博士,四年畢業算提前,五年畢業算正常,六年畢業也不算太晚。六年的光陰,有多少人,由黑髮人熬成了無發人!說多了都是淚!!!
為了讓世界各地做水稻的莘莘學子們能正常畢業,急需一種生長周期短的新型禾本科模式植物(說笑,當然有嚴肅的科學原因O(∩_∩)O~)。於是,狗尾草的逆襲之路就開始了。
狗尾草幾乎符合作為一種模式植物的所有要求:植株小、易種植、後代多、基因組小、生長周期短、易誘變……另外,狗尾草還是一種C4植物,在研究C4植物的光合作用機理方面,具有得天獨厚的優勢。狗尾草和許多禾本科農作物,如穀子、玉米等,具有較近的親緣關係,它們的基因功能應該具有較高的保守性。
今年4月份發表在Nature Plants上的一篇文章,以狗尾草為模式植物,通過NMU誘變,篩選到了一個花絮稀疏的突變體。通過BSA重測序方法,鑑定到了突變基因。有意思的是,玉米中的同源基因突變後也表現出與狗尾草突變體相同的表型。這一研究,證明了以狗尾草為模式植物進行玉米基因組功能研究的可行性。
當然,狗尾草的逆襲之路才剛剛開始,要想成為擬南芥似的「巨星」還有很長的路要走。與我們人類一樣,狗尾草成長逆襲的故事也定充滿了艱辛和曲折。生命很短,世界太大,目標還在。讓我們在成長的路上彼此祝福。
1. Brutnell T P. Model grasses hold key to crop improvement[J]. NaturePlants, 2015, 1: 15062.
2.Brutnell T P, Bennetzen J L, Vogel J P.Brachypodium distachyon and Setaria viridis: model genetic systems for thegrasses[J]. Annual review of plant biology, 2015, 66: 465-485.
3. Huang P, Jiang H, Zhu C, et al. Sparse panicle1 is required forinflorescence development in Setaria viridis and maize[J]. Nature plants, 2017,3: 17054.
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