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新發(fā)現(xiàn)促進(jìn)樹種育種技術(shù)發(fā)展
2008/6/30 15:25:01
瑞典農(nóng)學(xué)院、奧勒岡州大學(xué)及兩所研究院的科學(xué)家們近日發(fā)現(xiàn)了控制秋天樹木停止生長(zhǎng)并進(jìn)入休眠狀態(tài)的基因和樹木開花及種子形成過(guò)程中的分子機(jī)理。在樹木生長(zhǎng)的基本遺傳學(xué)研究領(lǐng)域邁出了重要一步。研究成果發(fā)表在著名雜志《自然》上。
通過(guò)對(duì)調(diào)控植物開花結(jié)果等生理過(guò)程基因的研究,有可能運(yùn)用基因工程的方法將那些種子形成前生長(zhǎng)緩慢的樹木改造成易開花、繁殖快的樹種。種子形成前樹木生長(zhǎng)緩慢一直是育種類型的主要障礙。該研究為集約林業(yè)和果樹種植業(yè)發(fā)展帶來(lái)新機(jī)遇。此前,研究人員并不知道哪些基因參與起始樹木開花或秋天停止生長(zhǎng)過(guò)程。理論上,這一研究會(huì)積極推動(dòng)樹木育種技術(shù)的發(fā)展。對(duì)于種子形成前生長(zhǎng)期長(zhǎng)的樹木而言,多數(shù)用于短壽植物例如玉米、小麥等的育種技術(shù)顯得過(guò)于緩慢而不實(shí)用。
接下來(lái)是公眾對(duì)樹種基因工程技術(shù)的本質(zhì)和安全性理解問(wèn)題。私營(yíng)企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)的相關(guān)管理致使該領(lǐng)域研究興趣受限。這些基因可促進(jìn)傳統(tǒng)育種技術(shù)的發(fā)展,基因在形成商業(yè)植株前會(huì)被去除。然而,對(duì)基因工程技術(shù)的管理和擔(dān)憂可能會(huì)阻礙這一技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。科學(xué)家們對(duì)從一年生植物Arabidopsis中首次分離得到的CO和FT基因展開了研究。這些基因負(fù)責(zé)調(diào)控該植物晝長(zhǎng)開花過(guò)程。
研究發(fā)現(xiàn),兩基因在數(shù)百萬(wàn)年的單獨(dú)進(jìn)化中非常保守,甚至在白楊樹種中表現(xiàn)出類似功能。然而,另人驚奇的是,CO/FT基因組合可調(diào)控滋養(yǎng)型樹種秋天停止生長(zhǎng)。這些過(guò)程反應(yīng)了樹種生長(zhǎng)和存活之間的關(guān)鍵性平衡。溫帶樹種冬季必須停止生長(zhǎng)并進(jìn)入休眠狀態(tài),否則會(huì)被凍死。從進(jìn)化角度看,不難理解為什么森林樹種不會(huì)過(guò)早地開花結(jié)果;當(dāng)樹木幼小時(shí),必須集中營(yíng)養(yǎng)長(zhǎng)高,來(lái)與其它樹木競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)光;只有進(jìn)入生命后期,它們才會(huì)集中營(yíng)養(yǎng)形成種子。研究者稱,同樣的道理,任何早花基因釋放到野生種群都不會(huì)產(chǎn)生生態(tài)學(xué)問(wèn)題,因?yàn)楫?dāng)與野生型森林樹種一起生長(zhǎng)時(shí),攜帶這些早花基因的樹木表現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì),從而不會(huì)導(dǎo)致早花基因的大范圍擴(kuò)散,CO/FT基因組合還有利于樹種適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件。對(duì)不同種群的白楊樹研究發(fā)現(xiàn),適應(yīng)寒冷的北方氣候的樹種在夏天會(huì)提前停止生長(zhǎng),準(zhǔn)備過(guò)冬。這種基因調(diào)節(jié)機(jī)制非常強(qiáng),生殖將這種樹木置于溫暖區(qū)域也不能改變其原有的行為習(xí)性。在應(yīng)用研究方面,研究人員目前可以誘導(dǎo)FT基因過(guò)早活化,致使樹種更早地形成種子進(jìn)行繁殖,這比運(yùn)用傳統(tǒng)遺傳操作手段好得多?赡軙(huì)通過(guò)正常的有性繁殖快速培育出一些優(yōu)勢(shì)性狀株,以去除植株中FT基因,同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致植株過(guò)早的異常繁殖。較溫和的FT基因可以產(chǎn)生持續(xù)有益的效應(yīng),比如會(huì)產(chǎn)生早花或多花果樹品種。特別當(dāng)傳統(tǒng)方法不見成效時(shí),該基因能夠?yàn)殚_花和果實(shí)產(chǎn)量的優(yōu)化提供新的選擇方案。
對(duì)這些樹種開花結(jié)果等生理過(guò)程的進(jìn)一步理解有益于解答樹種是怎樣應(yīng)對(duì)和適應(yīng)環(huán)境變化這一問(wèn)題;同時(shí)基于DNA檢測(cè)技術(shù)有助于鑒定瀕危樹種種群,這類種群可能會(huì)從快速育種或移植技術(shù)中獲益。這也給生態(tài)學(xué)家和環(huán)境保護(hù)遺傳學(xué)家提供了更多的有力工具。
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