用一个亲本的基因培育植物

科学家们离培育只有一个亲本基因的植物又近了一步。由加州大学戴维斯分校植物生物学家领导的新研究于 11 月 19 日发表在《科学进展》杂志上，揭示了消除一半基因组背后的潜在机制，并且可以更轻松、更快速地培育具有抗病性等理想特性的作物.

这项工作源于加州大学戴维斯分校生物科学学院植物生物学副教授 Simon Chan 及其同事十多年前的一项发现。

植物与其他有性生物一样，从每个亲本继承一组匹配的染色体。为了将有利的性状(例如抗虫害或抗旱性)传递给所有后代，植物必须在每条染色体上携带相同的遗传变异。但是，以这种方式创造“繁殖真实”的植物可能需要几代人的杂交育种。

2010 年，Chan 和博士后研究员 Ravi Maruthachalam 在培育实验室植物拟南芥时，偶然发现了一种消除亲本遗传贡献的方法。他们修改了一种叫做 CENH3 的蛋白质，它存在于着丝粒中，着丝粒是染色体中心的一种结构。当他们试图将野生型拟南芥与带有修饰的 CENH3 的植物杂交时，他们得到的植物的染色体数量只有正常数量的一半。来自一种亲本植物的基因组部分已被消除以创建单倍体植物。

这项工作于2010 年 3 月发表在《自然》杂志上，引发了在玉米、小麦和番茄等作物上取得同样结果的努力。

解开一个谜

加州大学戴维斯分校植物生物学和基因组中心的 Luca Comai 教授是这篇新论文的资深作者，他说，但迄今为止，在拟南芥之外复制 Chan 的确切策略是徒劳的。最近，其他实验室通过操纵 CENH3 创造了具有一组染色体的植物，但尚不清楚结果之间的关系。

“CENH3 对单倍体诱导作用的机制基础是神秘的，”科迈说。他说，每个物种似乎都有不同的规则。

大部分谜团现在都已解开。加州大学戴维斯分校基因组中心和植物生物学系的研究员 Mohan Marimuthu 与 Comai、Maruthachalam(现在在喀拉拉邦科学教育与研究研究所)及其同事发现，当 CENH3 蛋白发生改变时，它会从 DNA 中移除在受精前的卵子中，弱化着丝粒。

“在随后的胚胎分裂中，卵子贡献的缺乏 CENH3 的着丝粒无法与精子贡献的富含 CENH3 的着丝粒竞争，女性基因组被消除，”科迈说。

Comai 说，任何选择性消耗 CENH3 都会导致着丝粒弱化的发现解释了 Chan 和 Maruthachalam 的原始结果以及其他小麦和玉米实验室的新结果。这种新的知识应该更容易诱导单倍体作物植物，他说。

该论文的其他作者是：加州大学戴维斯分校的 Anne Britt 和 Sundaram Kuppu;Ramesh Bondada，科学教育与研究学院;和缅因大学的 Ek Han Tan。

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