PNAS：大还是小 基因说了算

　　

生物通报道：来自英国John Innes中心，德国弗莱堡大学（Universität Freiburg）的研究人员发现了控制种子大小的一个新基因，并提出通过操控该基因可以改良作物。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》上。

种子大小是有花植物生活史对策中最重要的功能性状之一。许多研究者对种子大小的进化生态学予以了关注，分别从不同角度探索了种子大小的变异与外因和内因的关系，包括气候与土壤，地理纬度，生境质量，植株个体大小，种子数量及叶片大小等。而迄今为止，关于种子大小变异的机制并未完全清楚，其进化理论仍未建立。

在这篇文章中，研究人员发现细胞色素P450KLUH (KLU)基因调控种子大小。胚珠发育时该基因在珠被中表达，产生一种未知的生长信号，最终决定种子大小。如果该基因被关闭，将产生更小的种子，相反将之过表达，能够产生更高油含量、更大的种子。研究人员认为这是首次发现种子大小上存在交互影响，并且该基因在植物发育中存在重要作用，他们现在正在油菜中研究该基因。

之前这一研究小组曾在《Developmental Cell》发文，发现了一种新的控制植物器官大小的胞间信号途径，其作用机制可能类似动物中发现的可移动生长因子。

这种基因即KLU基因，研究人员对大量化学诱变得到的拟南芥突变株进行研究，发现KLU基因的功能缺失会导致器官变小，而其过量表达导致器官过大。对该基因进行克隆测序和结构推断，表明它是细胞色素P450氧化酶系，它通过控制细胞分裂的时间而控制生长。

mRNA原位杂交和空间特异的基因表达等实验表明KLU的表达位点和作用位点不同，能够在一定距离内发挥作用，说明其作用涉及胞间信号传递。而融合蛋白实验表明KLU本身并不具移动性，它的作用可能通过位于其下游的某种可移动生长因子来实现。通过对KLU基因的转录谱分析和双突变分析发现，KLU基因的作用与已知植物激素和其它调控植物生长的已知基因的作用不同，因此它可能通过某种新的未知可移动生长因子起作用。

同一时期，中国科学家也在这一方面获得了一些成果，中科院成都生物研究所孙书存课题组与康奈尔大学K. J. Niklas合作，采用带成熟果实小枝的方法，对亚热带常绿阔叶林森林群落木本植物的种子大小变异进行了研究。结果表明，小枝大小与其果实和种子的产量有正相关关系；小枝大小与种子大小没有直接关联，这可能是因为物种间每颗种子数存在巨大差异所致；小枝水平上，存在种子大小与数量的权衡关系。该项工作从小枝大小的角度上对森林群落木本植物种子大小的进化进行了探讨，同时也为亚热带森林群落木本植物生活史对策研究提供了相关基本资料。该结果发表于2009年第4期《新植物学家》（New Phytologist）。

（生物通：万纹）