人和西紅柿都有不同的形狀和大小。 這是因為每個人都有一組獨特的遺傳變異——突變——影響基因的行為和功能。 加在一起,數百萬個小的遺傳變異使得很難預測特定的突變將如何影響任何個體。 冷泉港實驗室 (CSHL) 教授和霍華德休斯醫學研究所研究員 Zach Lippman 展示了西紅柿的遺傳變異如何影響特定突變影響植物的方式。 他正在努力預測突變對不同番茄品種的影響。
不同的突變組合會不可預測地影響西紅柿的大小。 在此圖像中,第一列顯示未突變 (WT) 番茄。 第二列和第三列顯示了在果實大小基因 SlCV1 的啟動子區域(R4 或 R3)中具有單個突變的西紅柿。 個體突變對果實大小影響不大。 但是這兩個突變 (R1 + R4) 的組合產生了更大的果實。
在這項研究中,Lippman 和他的團隊在兩個控制果實大小的番茄基因 SlCV3 和 SlWUS 上使用了 CRISPR,這是一種高度準確的靶向基因編輯工具。 他們通過去除啟動子區域(控制其表達的基因附近的區域)中的小片段 DNA,產生了 60 多個番茄突變體。 在某些情況下,個別突變會稍微增加西紅柿的大小。 一些突變對根本沒有改變果實的大小。 一些協同組合導致果實大小意外增加。 利普曼說:“作物育種的真正聖杯是可預測性。 如果我改變這個序列,我會得到這個效果。 因為自然界在您正在設計的突變附近積累了大量其他變體,並且散佈在整個基因組中,其中許多可能會影響您正在創建的特定突變。”
任何兩個突變的這種相互作用範圍模擬了在不同遺傳背景中發生的單個突變的後果。 這種效果與在某些人類疾病中發現的效果相當,在這些疾病中,有些人可能具有某些預先存在的突變,可以保護他們免受致病突變的影響。
Lippman 和他的團隊將繼續量化個體和組合突變如何影響某些作物性狀。 到目前為止,他們已經測量了兩個單獨突變之間的相互作用,但基因組有數百萬個變異。 利普曼希望研究足夠多的可測量的相互作用,使育種更具可預測性和效率。
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冷泉港實驗室
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