如果你想要「高顏色值」的玉米來這裡尋找跳躍基因

2020-12-06 中國荷都網

彩色玉米突變體圖片回答者

實習生雷浩然，我們的記者張曄

不知您是否注意到從蔬菜市場購買的一些玉米來自黃燦燦，而另一些則像中間有紫色和白色玉米顆粒的大花臉？

事實上，這是玉米的本性。玉米基因中有許多非常活躍的轉座子。它們就像一把「小刷子」。如果你跳到任何一個基因上，你會抹去那裡原來的「顏色」。因此，穀物的一些顏色變化是由轉座子運動引起的。

轉座子不僅改變玉米籽粒顏色，還改變幾乎所有性狀，如株高、抗性和產量。這種獨特的遺傳屬性引起了科學家的興趣。為了育種的目的，不僅要抑制轉座子跳躍引起的表型不穩定性，還要利用轉座子跳躍選擇優良品種。

最近，經過7年的合作，江蘇省農業科學院種質資源研究所的趙涵研究員團隊、中國農業大學和上海大學的宋任濤教授團隊建立了世界上最大的玉米轉座子插入資源庫，為全球玉米基因組研究提供了重要的遺傳資源。相關研究報告最近發表在國際著名學術期刊《植物生理學》上。

玉米籽粒顏色變化的困惑

在我們的日常生活中，我們經常看到一些色彩斑斕的「花玉米」。在普通人眼裡，這不是什麼大問題，因為味道一樣。

但是半個世紀前，美國科學家芭芭拉·麥克林託克對此感到困惑。通過不懈的研究，他終於發現了「跳躍基因」，即轉座子。她還因在轉座子方面的開創性研究獲得了諾貝爾獎。

轉座子是染色體上一類可移動的脫氧核糖核酸片段，可以從一個位置跳到另一個位置。「轉座子廣泛存在於生物體內，但玉米轉座子最多，佔了50%以上的脫氧核糖核酸分子。這些具有轉座力的遺傳因子可以引起玉米基因組重排，增加玉米品種的遺傳多樣性。」江蘇省農業科學院種質資源與生物技術研究所副研究員周玲表示，當轉座子跳入或靠近一個功能基因時，該基因控制的功能將會喪失。

由於轉座子跳躍決定了玉米的性狀，研究人員希望通過控制轉座子跳躍來獲得更多的優化品種。

1978年，科學家發現了一個新的轉座子系統——Mu轉座子家族。這是迄今為止在植物中發現的轉座因子，具有最強的轉座力和誘變能力。一般來說，受轉座子跳躍影響的性狀不明顯，但當Mu轉座子跳躍到某個基因時，基因功能會喪失，會產生大量突變表型，並形成明顯變化的性狀。

突變體是基因功能研究中最直接、最有效的材料。Mu轉座子插入突變體庫的建立為玉米研究者提供了豐富的遺傳資源。因此，多年前，國外學者開始用Mu轉座子供體材料與其他玉米自交系雜交，選擇插入誘變群體的突變個體，形成插入突變體庫。

基因突變庫向全球玉米研究者開放

構建大型基因突變庫已成為創造玉米種質、獲得突變基因、分離克隆玉米重要功能基因、進一步開展功能基因組學研究的重要方法之一。可以說，任何擁有大量基因突變體庫的人都可以站在相關研究的前沿。

過去，國內學者研究玉米性狀時，需要從美國建立的UniformMu插入資料庫中申請突變資源。申請程序複雜，質量無法保證，不利於我國相關領域的研究和發展周玲說。

自2012年以來，江蘇省農業科學院和中國農業大學開始合作構建一個由木活性系突變形成的基因突變文庫。構建突變資源庫的原則是利用Mu活性系與對照樣品——B73自交系雜交，利用轉座子標籤分離技術結合第二代高通量測序技術定位材料中的Mu轉座子，從而形成大量突變材料周玲告訴記者。

通過年復一年的雜交種植，他們對20，000多份樣品逐一測序，篩選出2581個玉米品系

經過7年的努力，目前的突變基因庫已經取得了豐碩的成果。在2581份突變材料中，通過Mu標籤富集和高通量測序技術，結合生物信息學分析和插入位點遺傳力的大規模驗證，獲得了約97000個可遺傳插入位點，是美國UniformMu插入資料庫的兩倍。其中，66，565個位點是高質量的基因插入，覆蓋玉米中的20，244個(45.7%)基因，其中13，425個基因有兩個或更多的插入。與美國同類基因庫相比，它具有更廣的覆蓋面和更多的研究特點，將對未來玉米種質的優化產生深遠的影響。

「我們的基因突變文庫仍在被補充和完善。最終目標是形成4000多種突變材料，並獲得更多可遺傳的插入位點。」根據周玲的說法，這個基因突變文庫的插入位點已經向全球玉米研究者開放。

相關焦點

  • 想要「高顏值」玉米,來這裡找跳躍基因吧
    不知你有沒有注意到，從菜市場買回來的玉米，有的是黃燦燦的，有的卻像個大花臉，中間夾雜著紫色、白色的玉米粒？其實，這是玉米的天性使然。玉米基因中有很多非常活躍的轉座子，它們就像一支「小畫筆」，跳到哪個基因上，就會抹去那裡本來的「顏色」。
  • 彩色玉米基因：旋轉，跳躍，我不停歇？
    【諾獎中的「基因」】如果你經常逛農貿市場，那麼你會發現很多玉米是彩色的，這些玉米不僅外觀好看，營養方面也比普通玉米更勝一籌。在感嘆大自然的神奇又或是育種技術強大的同時，大家是否知道絢麗的彩色玉米與一項諾貝爾獎有著緊密聯繫？
  • 美國科學家成功繪製玉米「跳躍」基因
    根據科技部網站消息，日前，玉米「跳躍基因」被美國加利福尼亞大學戴維斯分校和冷泉港實驗室的科研小組成功繪製。這一成果將最終有利於玉米的繁殖和生產。轉座元件或轉座子是可以移動基因組內位置（「跳躍基因」）的DNA序列。
  • 麥克林託克與「跳躍基因」
    麥克林託克與「跳躍基因」 2016年05月10日 11:02 來源：中國社會科學報 作者：郭曉強 字號 內容摘要：麥克林託克與「跳躍基因」。
  • 芭芭拉·麥克林託克:為「跳躍基因」孤軍奮戰—新聞—科學網
    1902年出生的麥克林託克，是美國著名植物學家、遺傳免疫學家，1927年在康奈爾大學農學院獲得植物學博士學位後，終生從事玉米細胞遺傳學方面的研究。她的「跳躍基因」學說指出：基因可以從染色體的一個位置跳躍到另一個位置，甚至從一條染色體跳躍到另一條染色體。
  • 跳躍基因竟會挾持正常細胞,入侵卵子!
    導致玉米粒出現不同顏色的是一種「跳躍基因」，名叫「轉座子（transposon）」，它們是一類能夠在基因組中進行「跳躍」移動的DNA序列，在生物中很常見，除了玉米粒之外，還有葡萄的顏色（紫色，綠色，紅色等），血橙果肉的顏色（淺橙色到深紅），番茄的形狀等等，都與轉座子和基因之間的作用有關。
  • Nature子刊:「跳躍基因」或助長癌症
    跳躍基因」（jumping genes）又被稱為轉座因子，它是一種可以改變其在基因組中位置的DNA序列。跳躍基因可能會產生突變，亦或是逆轉突變，細胞的遺傳特性和基因組大小會因此而改變。而DNA如果發生變異則可能會促進癌症的發展。
  • Nature子刊:「跳躍基因」助長癌症
    「跳躍基因」（jumping genes）又被稱為轉座因子，它是一種可以改變其在基因組中位置的DNA序列。跳躍基因可能會產生突變，亦或是逆轉突變，細胞的遺傳特性和基因組大小會因此而改變。而DNA如果發生變異則可能會促進癌症的發展。
  • 「基因剪刀」遇見跳躍基因會怎樣?
    這個柔軟的複合體會在DNA裡四處碰撞，如果識別錯誤，「紅燈亮」，複合體就離開，繼續下一次碰撞；如果識別正確，「綠燈亮」，開始剪切編輯的嘗試。Cas9蛋白開始「動剪刀」前，還需要再校驗，它把雙鏈DNA解旋，利用RNA-DNA鹼基互補配對原則，進一步核對序列與RNA的互補情況。如果出現較多錯配，則序列識別過程終止，從而確保Cas9在正確的目標處發揮作用。
  • 跳躍:「跳躍基因」如何改變基因編輯
    央法傳媒網，多年來，科學家們一直在使用一種類似剪刀的工具來完成複雜的基因編輯任務，但是一種新發現的使用「跳躍基因」的技術可以提供一種無縫的、更安全的替代方法。基因編輯是改變DNA的一部分的過程，DNA是控制有機體如何發育和行為的代碼。它可以糾正或刪除代碼的部分，或插入部分，原因包括預防疾病。
  • 怎樣方便地獲取圖片的顏色值和顏色代碼
    工作中我們有的時候會需要去獲取一張圖片的顏色值或者顏色代碼。這時候如果我們電腦上並沒有ps等專用圖片編輯軟體該怎麼辦呢？本篇經驗就來教大家方便地取到圖片的顏色值和顏色代碼。首先打開我們電腦中的瀏覽器，在百度中輸入「在線ps」，在前幾個搜索結果中隨意選擇一個。
  • 「基因剪刀」遇見跳躍基因 會擦出什麼火花
    「基因剪刀」遇見跳躍基因 會擦出什麼火花　　解碼基因編輯　　演藝界宋仲基宋慧喬的分手讓人直呼：只願曾經未相遇。而生物界的相遇卻往往讓人感慨：相見恨晚——　　張鋒，一位「八零後」科學家，因發明最有效的基因編輯方法成名，被稱為CRISPR之父。
  • CRISPR編輯系統升級 利用「跳躍基因」精確插入DNA片段
    原因在於，「基因剪刀」Cas9把DNA切斷後，DNA雙鏈通過內源損傷修復通路自然癒合，新DNA片段的整合依靠同源重組或非同源末端連接來實現，效率低，而且在很多細胞類型中不起作用。此次，張鋒教授團隊新開發的升級版CRISPR編輯系統在靶向插入DNA這方面做出了突破。用「改正」的DNA序列來取代含有致病突變的序列，將為治療某些遺傳疾病提供極大的幫助。
  • PNAS:揭秘罕見「跳躍基因」
    許多組成我們基因組的DNA都能夠追溯到轉座元件/跳躍基因，在哺乳動物體內閒置著大量的這種元件。Johns Hopkins大學的研究人員在蝙蝠體內發現了一種新跳躍基因，是首個在哺乳動物中依然具有活性的剪切-粘貼式跳躍基因。這一發現發表在美國國家科學院院刊PNAS雜誌的網站上，不僅為人們提供了研究進化的新方法，也將有助於開發基因治療的新工具。
  • 甜玉米真的不是轉基因玉米,不要再相信謠言了!真相就在這裡
    今天我們就來看看真相甜玉米（Sweet corn）是玉米的一個種，又稱蔬菜玉米，禾本科，玉米屬。甜玉米是歐美、韓國和日本等發達國家的主要蔬菜之一。因其具有豐富的營養、甜、鮮、脆、嫩的特色而深受各階層消費者青睞。超甜玉米由於含糖量高、適宜採收期長而得到廣泛種植。中國是糯玉米的世界起源中心，栽培歷史悠久。糯玉米營養豐富，食用價值高，被當今世界廣泛用作營養食物。
  • 尋找如何創造空間跳躍的途徑,宇宙弦的建立
    對此，研究者又提出來超能量弦來實現空間跳躍。在弦理論這一基礎之上，讓人類通過蟲洞建造一個宇宙弦，從而來達到空間跳躍的這種科技階段，當人類能夠手工製造出這樣的一個連接時空之間的宇宙弦之後，才能真正的實現空間跳躍的技術。然而，這樣的一項技術能否成功呢？
  • 基因跳躍 物種之間「徵服戰」
    原標題：基因跳躍 物種之間「徵服戰」 　　看似無關聯的兩段基因 「千裡」之外也能相互調控 　　一些生物現在的狀態很可能是你我進化到某個階段的「鏡子」。 　　研究顯示，細胞器和細胞核之間的基因也會發生跳躍，跳躍可能是它們在進化中相互「徵服」的一種方式。王東說，相隔遙遠無關聯的基因可以進行調控，一段基因從A基因組跳躍到B基因組，可能會使得B基因組的某個基因沉默，也很可能是跳躍過去的這段基因被沉默了。這本質上是物種之間的「徵服戰」。 　　美國密西根大學的一項研究佐證了這一點。
  • Nature:發現能夠促進尋找致癌基因的新方法
    明尼蘇達州大學癌症中心和美國癌症研究所的研究人員發現了一種能夠促進致癌基因尋找的新方法
  • 她在玉米中對可移動基因研究使她名垂科學史冊
    這一遺傳學分支學科的建立，首個做出玉米遺傳圖譜的人，真正使她名垂科學史冊的卻是她在玉米中對可移動基因——轉座基因（俗稱「跳躍基因」）的研究，在1983年獲得了諾貝爾生理學獎。早期開創性工作有玉米染色體在減數分裂中的行為，如何利用細胞顯微技術觀察玉米染色體並從細胞學角度揭示遺傳學定律，以及生殖細胞在減數分裂中的基因重組和染色體互換行為。芭芭拉·麥克林託克繪製了第一張玉米遺傳圖譜，將表現型性狀定位到染色體上，並揭示了端粒和著絲粒的在穩定和保存遺傳物質上的角色。基於以上研究，芭芭拉·麥克林託克榮獲數項學術獎項並於1944年選為美國國家科學院院士。
  • 玉米蛇棕櫚基因,你可能不知道的發現和命名故事!
    玉米蛇基因會是一種雜交基因嗎？為什麼表現和棕櫚沒有任何關係卻有著這樣一個基因名稱？誰在進行棕櫚基因的繁育？它背後被發現的基因故事又是什麼？今天，就讓玉米蛇繁育大神，來自#@South Montain Reptiles的主理人Don Soderberg，來給大家介紹一下玉米蛇棕櫚基因被發現的故事。