玉米「遺傳不穩定」？基因突變哪有你想的那麼容易

在所有生物體中，自發產生的突變為自然選擇和進化提供了原材料。但突變是如此罕見，以至於科學家使用特殊的「突變積累」線路來研究它們。

美國羅格斯大學新不倫瑞克分校和蒙特克萊州立大學的科學家對玉米植株花粉中自發發生的基因突變進行了研究。他們預計每百萬粒花粉中有幾個基因突變，同時發現玉米穗上的雌配子沒有可檢測的基因突變。該成果日前發表於《美國國家科學院院刊》。

根據他們的研究，花粉基因只在一些玉米品種中自然變異，這有助於解釋某些品種的遺傳不穩定性。這項研究結果可能引導玉米和其他作物更好地育種。

論文主要作者、瓦克斯曼微生物研究所名譽教授Hugo K. Dooner表示，由於一個典型的玉米植株能產生大約1000萬粒花粉，所以這個重要作物的某些株系會在一個季節內產生基因突變。而在另外一些株系中，雌雄兩種性別都沒有檢測到突變。

羅格斯大學領導的研究小組發現，花粉的突變主要是由玉米植株內的移動逆轉錄轉座子引起的，就像哺乳動物中的逆轉錄病毒一樣。逆轉錄病毒侵入細胞，將其病毒RNA轉化為DNA並與細胞DNA融合。

「在傳統的遺傳實驗中，我們發現，某些玉米系的花粉中自發突變的頻率出乎意料地高，而其他玉米系的花粉中則沒有。其中大多數是由於基因組中少數拷貝中存在的逆轉錄轉座子插入或缺失所致。」Dooner說道。

最有趣的是，突變的逆轉錄轉座子在不同的玉米系間存在差異，在W22和4Co63兩個玉米系中發生，但在B73或MO17中根本沒有發生。這兩個自交系在玉米帶雜交種中廣泛存在。

通過逆轉錄轉座子連接的高通量測序，研究人員確定了Hopscotch、Magellan和Bs2玉米系的逆轉錄發生在活躍系花粉中的全基因組範圍內，而非發生在雌性種系或體細胞組織中。

美國農業部稱，美國是世界上最大的玉米生產國，在2017/18財年，美國9000萬英畝的土地上生產了4.09億噸玉米。玉米被加工成各種各樣的食品和工業產品，包括穀物、酒精、甜味劑和副產品飼料等。飼料穀物佔美國玉米生產和消費的95%以上。

玉米如此重要，這項研究揭示了玉米自發性突變的來源、頻率和性質。下一步，科學家將研究轉座子誘導的突變是否導致育種家先前報道的玉米系的遺傳不穩定，以及激活玉米和其他重要作物的轉座子是否有利於它們。（王方編譯）

相關論文信息：DOI: 10.1073/pnas.1903809116

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