PNAS：CRISPR操纵植物的开花能力

CSHL教授Zachary Lippman和博士后Amy Lanctot已经开始揭示被称为顺式调控片段的DNA序列如何控制远亲植物物种的开花。他们的发现可以帮助未来的植物育种家和生物学家培育出更理想的作物。

　　

几个世纪以来，人类一直欣赏花的美丽。然而，花不仅仅是赏心悦目。它们在植物繁殖中也起着至关重要的作用。在所有植物中，都有一种被充分研究的基因，它有一个奇怪的名字——不寻常的花器官（UFO），负责协调开花过程。UFO的表达依赖于另一个复杂的过程，称为顺式调节。多年来，它一直是植物生物学研究的“黑盒子”。

现在，使用CRISPR基因编辑，冷泉港实验室（CSHL）教授和HHMI研究员Zachary Lippman和他的同事们已经开始揭示被称为顺式调控序列的非编码DNA片段如何，何时以及在什么水平上表达UFO。Lippman说，这项工作有一天可以帮助研究人员更好地决定操纵哪些基因来种植更理想的作物。他解释说:

“我们本可以选择许多其他基因。我们选择这一款是因为很明显它将拥有那种精致的控制。这是因为花是一个复杂的结构，控制其发育的基因在时间、空间和水平上都受到严格的调控。”

研究人员集中研究了两种亲缘关系较远的开花植物：番茄和拟南芥。首先，他们确定了不编码蛋白质的DNA序列，但仍然存在于两种植物中开启和关闭UFO的DNA片段中。

Lippman说，仅仅是这些序列是保守的这一事实就使它们成为很好的靶标候选者。“这是一个很好的迹象，表明这些序列已经被进化选择，因为它们在控制基因表达方面很重要。”然而，他补充道：

“只有在这些序列中发生突变，看看会发生什么，你才能知道。”

Lippman和他的团队用CRISPR操纵这些非编码序列，看看它是如何影响花的形成的。他们发现这些序列强烈地影响了两种植物的开花。然而，操纵对每个物种的影响是不同的。例如，在番茄中删除某个序列导致开花，但在拟南芥中删除匹配序列抑制开花。

“令人着迷的是，不同的缺失对开花有相反的影响，”CSHL博士后艾米·兰科特说。“这些序列似乎共同作用，相互平衡，确保植物在正确的时间和地点开花。”

这一发现可以帮助生物学家更好地理解顺式调控片段如何控制基因功能。“我们的目标是更好地理解复杂的顺式调控DNA的功能，”Lippman说。“如果我们能做到这一点，我们就能更好地确定我们想要改变哪些序列，以及我们想要制造什么样的突变。”