中国科学家1月Nature文章

　　

生物通报道，中国农大和美国德州大学研究杂交优势的文章登上Nature杂志，该文章在2009年1月15日的Nature纸质杂志刊出。该文章早在2008年11月23日即刊登在Nature网站的在线版上。并入选Faculty of 1000 Biology推荐阅读文章。

 

文章通讯作者为德州大学的Z.Jeffrey Chen教授，Chen教授是植物分子遗传学教授，主要研究植物基因表达与表观遗传学机制，以及多倍体的基因表达。另一位是来自中国农业大学的孙其信教授，孙其信博士研究组主要从事小麦雄性不育及杂种优势分子机理、耐热性及其遗传、抗病性基因分子标记定位、小麦基因组及重要经济性状基因定位、小麦分子育种等研究。

 

据科学网介绍，美国德州大学的Jeffrey Chen和中国农业大学合作者利用拟南芥研究发现，在杂交植物和多倍体植物中，与光合作用和淀粉代谢有关的基因的表达得到了增加，在白天的时候，表达量是其亲本的好几倍。杂交植物和多倍体植物表现出更多的光合作用、叶绿素和淀粉积聚，所有这些导致植株更加高大。

 

图片说明：杂交拟南芥（中间）比其亲本（左和右）要大。

（图片来源：Jeff Chen/Nature）

 

在进一步的研究中，研究人员在杂交植物和多倍体植物中发现了生理时钟调节子和生长势（growth vigor）之间的直接联系。生理时钟控制着植物和动物的生长、代谢和适切性。研究人员发现，在白天的时候，杂交植物和多倍体植物中的一些调节子——转录抑制子被更多地抑制，导致光合作用和淀粉积聚增加。

 

Chen说：“在此次发现之前，没人真正知道杂交和多倍性怎样增加生长势，这肯定不是这种现象背后的唯一机制，但它是一个巨大的进步。”

 

他表示，利用这一发现，他们现在可以开发基因组和生物技术工具，以发现和培育更好的杂交和多倍体植物。他说：“我们可以考虑在亲本中筛选这些基因，并选择一些来培育最好的杂交种。这可以通过传统的培养技术来实现，并将在提高燃料作物和粮食作物产量方面产生巨大影响。”

 

生物通 小茜

 

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原文检索：Altered circadian rhythms regulate growth vigour in hybrids and allopolyploids

【Abstract】

Segregating hybrids and stable allopolyploids display morphological vigour1, 2, 3, and Arabidopsis allotetraploids are larger than the parents Arabidopsis thaliana and Arabidopsis arenosa 1, 4—the mechanisms for this are unknown. Circadian clocks mediate metabolic pathways and increase fitness in animals and plants5, 6, 7, 8. Here we report that epigenetic modifications of the circadian clock genes CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1 (CCA1) and LATE ELONGATED HYPOCOTYL (LHY)9, 10, 11 and their reciprocal regulators TIMING OF CAB EXPRESSION 1 (TOC1) and GIGANTEA (GI)10, 12, 13 mediate expression changes in downstream genes and pathways. During the day, epigenetic repression of CCA1 and LHY induced the expression of TOC1, GI and downstream genes containing evening elements14 in chlorophyll and starch metabolic pathways in allotetraploids and F1 hybrids, which produced more chlorophyll and starch than the parents in the same environment. Mutations in cca1 and cca1 lhy and the daily repression of cca1 by RNA interference (RNAi) in TOC1::cca1(RNAi) transgenic plants increased the expression of downstream genes and increased chlorophyll and starch content, whereas constitutively expressing CCA1 or ectopically expressing TOC1::CCA1 had the opposite effect. The causal effects of CCA1 on output traits suggest that hybrids and allopolyploids gain advantages from the control of circadian-mediated physiological and metabolic pathways, leading to growth vigour and increased biomass.