玉米遗传学研究揭示了特征变得沉默的机制

一个多世纪以来，植物遗传学家一直在研究玉米作为模型系统，以了解控制性状遗传的规则，最近一组研究人员公布了一种先前未知的机制，可触发玉米中的基因沉默。基因沉默关闭了遗传特性，这是植物育种者的一个重要考虑因素，他们依赖于从一代到下一代特征的忠实遗传。

历史上，玉米p1基因已被玉米遗传学家用作模型。以前的研究人员并不知道两种类型的重叠DNA甲基化标记可以修饰，沉默或激活这种基因。根据首席研究员，宾夕法尼亚州农业科学学院玉米遗传学教授Surinder Chopra的说法，这一发现增加了遗传学家对非孟德尔遗传机制的认识。

在PLOS One报道的研究结果中，Chopra的团队表明，沉默玉米果皮颜色1基因 - 内核的外层颜色和穗轴颜色的调节 - 可以有两个“重叠”的表观遗传成分 - RNA依赖的DNA甲基化( RdDM)和非RNA依赖性DNA甲基化(非RdDM)。

“DNA甲基化是向DNA分子中添加甲基，可以在不改变序列的情况下改变DNA片段的活性，”他说。“DNA甲基化通常起到抑制基因转录的作用，这是基因表达的第一步。”

Chopra解释说，在植物细胞中，基因表达的时间和水平在转录激活和抑制之间受到严格控制。小RNAs - 基因调控和表达中必不可少的分子 - 可介导DNA链的甲基化并关闭转录活性，因此在沉默遗传基因或转基因中发挥作用，从而产生理想的作物性状。

在玉米中，果皮颜色1基因调节称为phlobahpenes的砖红色黄酮色素的积累。玉米粒果皮上的色素沉着和“颖片” - 覆盖穗轴的膜 - 取决于果皮色1基因的表达。这些模式的一些例子是：白色内核，红色穗轴;红仁，红穗轴;杂色的玉米粒，杂色的玉米棒;红仁，白玉米;和白色的仁，白色的玉米棒。

“我们对玉米果皮颜色1基因的研究表明，小RNA依赖和小RNA独立机制参与基因抑制，”Chopra说。“这项研究揭示了小RNA对基因调控的额外层面，并提高了我们对基因表达如何在一个组织中特异性调节但不在另一个组织中的调节的理解。”

他说，通常情况下，当植物育种者正在创造新型品种时，他们繁殖的几种性状可能会消失，或者后代的表达会减少。“而我们现在知道，这是因为基因沉默。”

Chopra认为，长期以来需要更好地理解基因沉默机制如何导致所需特征的消失。对于农民而言，购买种子并不像生产者承诺的那样成长，这可能是灾难性的。

如果一个或多个控制性状的基因由于DNA甲基化重叠而变得沉默，那么该特征基本上从群体中消失。

“对于那些试图培育高产量等特性的人而言，这是一个很大的挫折，这种特性受到几个基因的调控，”乔普拉说。“如果对高产量至关重要的那些基因中的一个或两个变得沉默，则可能导致总产量降低。”