Đối với lúa hoang để trở thành văn hóa, một đột biến duy nhất đủ • Alexander Markov • Tin tức khoa học về “Yếu tố” • Di truyền học

Đối với lúa hoang để nuôi cấy, một đột biến đơn là đủ

Lần đầu tiên, gạo bắt đầu được trồng ở Đông Nam Á cách đây hơn 6.000 năm. Hôm nay gạo là thức ăn chính của nhân loại, nó nuôi hơn một nửa dân số thế giới (ảnh từ www.sciencedaily.com)

Như trong trường hợp lúa mì, điểm mấu chốt trong việc thuần hóa lúa là sự xuất hiện của giống với hạt không rơi, cho phép nông dân cổ đại giảm đáng kể tổn thất thu hoạch. Các nhà khoa học từ Đại học Michigan (Mỹ) đã xác định được nền tảng di truyền của sự kiện này. Sự xuất hiện của gạo trồng là do sự thay thế của một axit amin đơn trong protein điều hòa kiểm soát sự hình thành của một “lớp tách biệt” giữa hạt và thân.

Tổ tiên của canh tác lúa (Oryza sativa) được coi là một loài hoang dại với hạt rơi O. nivara hoặc gần nó O. rufipogon (hoặc có lẽ cả hai). Gần đây nó đã được tìm thấy rằng việc loại bỏ các hạt giống phụ thuộc vào gen đã nhận được tên mã sh4. Nó được phát hiện bởi các phương pháp di truyền cổ điển, vượt qua lúa hoang với gạo văn hóa và đếm số lượng con cháu có hạt rơi và không rơi vào thế hệ thứ nhất và thứ hai của giống lai. Đối với gạo hoang O. nivara alen trội đặc trưng của gen này, tương ứng với hạt rơi; đặc tính alen lặn của gạo tự chế tạo cho hạt không rơi. Tuy nhiên, cho đến nay, người ta vẫn chưa biết chức năng của protein được mã hóa bởi gen này hoạt động như thế nào và nó kiểm soát việc loại bỏ hạt giống như thế nào.

Lần này, các nhà nghiên cứu đặt ra mục tiêu cuối cùng là phân loại vấn đề này. Việc lai các loại và giống lúa khác nhau và phân tích sự phân bố định lượng các kết hợp khác nhau của hạt giống / phi thu với các đặc tính khác (marker di truyền) đã làm cho chúng ta có thể định vị 1700 đoạn DNA nucleotide nằm trên nhiễm sắc thể số 4 và mang đột biến mong muốn (hoặc đột biến phức tạp tại thời điểm đó). nó vẫn chưa được biết).

Giai đoạn tiếp theo của nghiên cứu là giải trình tự (xác định trình tự nucleotide) và so sánh phần này của bộ gen ở thực vật với hạt rơi và không rơi. Nó đã được tìm thấy rằng không rơi hạt giống là do một sự thay thế nucleotide duy nhất: thymine (T) của lúa hoang dã đã được thay thế bằng guanine (G) tự chế, dẫn đến việc thay thế các axit amin lysine bằng asparagine trong protein tương ứng.

Bản thân protein, xét theo trình tự axit amin của nó, là một yếu tố phiên mã (xem thêm “Sự tiến hóa của con người được kèm theo sự thay đổi trong hoạt động của các gen điều chỉnh”, Hạng mục, 13.03.2006), đó là, chức năng của nó là để điều chỉnh hoạt động của một số gen khác. Các nhà khoa học không quá lười để kiểm tra điều này bằng thực nghiệm. Họ áp dụng công nghệ kỹ thuật di truyền: gắn liền với gen sh4 gen của sứa protein huỳnh quang xanh và đưa thiết kế này vào tế bào thực vật. Trong các tế bào, gen chimeric đã được dịch thành một protein phát sáng tinh thể, và hạt nhân tế bào được thắp sáng bằng ánh sáng xanh. Điều này xác nhận rằng sh4 mã hóa một yếu tố phiên mã (hoặc ít nhất là một số protein hạt nhân), vì các yếu tố phiên mã, không giống như phần lớn các protein khác, tập trung trong hạt nhân, nơi chúng điều chỉnh công trình của gen và trong các phần khác của tế bào chúng không có gì để làm.

Sự phân tách được lập trình của một số cơ quan và bộ phận nhất định (ví dụ, quả chín hoặc lá chết) đóng một vai trò quan trọng trong đời sống thực vật, nhưng cơ chế của quá trình này vẫn chưa được hiểu rõ.Được biết, thường là ở nơi tách nên xảy ra, một "lớp tách" được hình thành từ các tế bào của một cấu trúc đặc biệt. Trong lúa hoang, giữa các hạt và thân cây, có một "lớp tách" được phân biệt rõ ràng trong các phần, bao gồm các tế bào vách mỏng nhỏ. Trong lúa nuôi cấy, lớp này chỉ được hình thành một phần, do đó hạt vẫn được gắn chặt vào thân cây. Các nhà khoa học đã kiểm tra những phần nào của cây mà gen được biểu hiện (có nghĩa là, đang chạy) sh4. Hóa ra nó hoạt động ngay khi lớp tách được hình thành, trong khi ở các phần khác của cây, biểu hiện của gen này không được phát hiện (trong các thí nghiệm với protein huỳnh quang màu xanh lá cây được mô tả ở trên). ).

Để cuối cùng xác nhận những phát hiện của họ, các nhà khoa học đã giới thiệu phiên bản “hoang dã” của gen này vào bộ gen cây lúa. sh4 và được thuyết phục rằng điều này dẫn đến sự hình thành của một lớp phân tách bình thường (có nghĩa là, hoàn thành).

Rõ ràng, việc thuần hóa lúa được kết hợp với việc lựa chọn cây trồng mang phiên bản đột biến của gen sh4. Đột biến có lẽ không hoàn toàn vô hiệu hóa protein tương ứng, nhưng chỉ hơi "hư hỏng" nó, nếu không lớp tách sẽ không hình thành gì cả, điều này sẽ tạo ra những vấn đề lớn trong quá trình đập. Rõ ràng, những thay đổi nhỏ trong gen điều hòa đóng một vai trò quan trọng trong việc thuần hóa cây trồng khác, ít nhất, các dữ liệu liên quan đã có sẵn cho ngô và cà chua.

Nguồn: Changbao Li, ốm yếu Zhou, Tao Sang. Gạo thuần hóa bằng cách giảm vỡ vụn / Khoa học. 2006. V. 311. P. 1936-1939.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: