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研究:隱性變異讓基因編輯達不到預期

有關節(左)和無關節(右)的番茄植株莖幹對比圖。(Cold Spring Harbor Laboratory)

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【大紀元2019年05月13日訊】(大紀元記者張妮編譯)新研究發現,不同的基因變異之間相互作用會產生科學家預料不到的結果。物種自身存在很多「隱性變異」,它們的單獨存在不會有任何的特性表現,但在遇到其它變異的時候,可能會呈現出無法預期的後果。

這份研究還觀測到不使用基因編輯進行干預,自然界成功修復偏差的機制,令研究者們讚歎。

事情要從當今美國知名的罐頭湯廠商金寶湯公司(Campbell Soup Company)的番茄農場說起。上世紀60年代,農場種植主們發現,有的番茄植株莖幹很光滑,沒有那種「節骨眼」一樣的關節。這種番茄採摘時,特別容易直接從番茄蒂那裏利落地從植株上分離出來。

而有的番茄莖幹上有很多關節,採摘時容易從那個關節處斷裂,也就是採摘下來的番茄多數連有一小部份莖幹。在機械化採摘作業和運輸的過程中,這些莖幹經常「捅傷」番茄。

他們發現這是番茄自然發生的一種基因變異,把它做作「無關節2號」(j2)基因變異,並在上世紀60年代廣泛把這種變異應用到多種番茄品種中。

然而他們很快發現,事情並不像預計的那樣。這些引入了j2無關節變異的番茄,雖然分支很多,開花很多,番茄產量卻不大。這是很不理想的結果。

直到近兩年,紐約的冷泉港實驗室(Cold Spring Harbor Laboratory,簡稱CSHL)的生物學家Zach Lippman和Sebastian Soyk才終於找到了答案,解開了這個困擾了種植主們近半個世紀的謎題。

這份新研究發現,番茄植株自帶一種有著4000多年曆史的遠古「隱性」基因變異,與j2變異相遇後,導致了這種效果。

「僅單個變異自身,對植株的健康和生長體現不出任何效果,」Lippman說,「但是當另一個變異與它共同作用的時候,負面效應就體現出來了,這也就是『隱性』變異『現形』的時候。」

為了解決這個問題,當時的種植主檢查了大量的番茄品種,直到找到一種既是無關節,產量又好的品種。

幾十年後今天的研究,利用先進的基因測序技術,發現這些最終篩選的植株並沒有那種遠古的隱性變異基因。

基因變異也存在「負負得正」效果

然而,這種遠古隱性基因畢竟是廣泛存在的,也就是說很難把植株穩定在沒有這種變異基因的狀態。於是,一些佛羅里達種植主採用的辦法讓科學家發現了一個有趣的秘密。

當時弗羅裡達的一些種植主篩選了一種額外的「隱性」變異,發現能夠中和以上兩種變異衝突的效果。

這份研究的作者發現,原來他們引入的那種額外隱性變異,其實是遠古隱性基因變異的一個拷貝。也就是說既然很難移除那種隱性基因變異,通過不斷的培育,直到出現更多一個隱性基因變異的拷貝,居然就修復了這個問題。

「遠古基因變異通常會降低基因功能的30%,但如果有兩個這樣的變異,基因居然又恢復正常的功能,就像沒有變異的完好基因一樣了!」Lippman解釋說。

大自然的自動修復機制,讓頂尖的科學家們讚歎。「這個(重複性)是自然發生的,因此,大自然為自己的問題提供了解決辦法。」

這份研究近期發表在《自然.植物》(Nature Plants)雜志上。◇

責任編輯:朱涵儒

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2019-05-13 7:10 PM
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