在所有生物體中，自發(fā)產(chǎn)生的突變?yōu)樽匀贿x擇和進化提供了原材料。但突變是如此罕見，以至于科學(xué)家使用特殊的“突變積累”線路來研究它們。

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

       根據(jù)他們的研究，花粉基因只在一些玉米品種中自然變異，這有助于解釋某些品種的遺傳不穩(wěn)定性。這項研究結(jié)果可能引導(dǎo)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，由于一個典型的玉米植株能產(chǎn)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(jié)內(nèi)產(chǎn)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(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，花粉的突變主要是由玉米植株內(nèi)的移動逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子引起的，就像哺乳動物中的逆轉(zhuǎn)錄病毒一樣。逆轉(zhuǎn)錄病毒侵入細(xì)胞，將其病毒RNA轉(zhuǎn)化為DNA并與細(xì)胞DNA融合。

       “在傳統(tǒng)的遺傳實驗中，我們發(fā)現(xiàn)，某些玉米系的花粉中自發(fā)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(shù)是由于基因組中少數(shù)拷貝中存在的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子插入或缺失所致。”Dooner說道。

       最有趣的是，突變的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)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(fā)生，但在B73或MO17中根本沒有發(fā)生。這兩個自交系在玉米帶雜交種中廣泛存在。

       通過逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄發(fā)生在活躍系花粉中的全基因組范圍內(nèi)，而非發(fā)生在雌性種系或體細(xì)胞組織中。

       美國農(nóng)業(yè)部稱，美國是世界上的玉米生產(chǎn)國，在2017/18財年，美國9000萬英畝的土地上生產(chǎn)了4.09億噸玉米。玉米被加工成各種各樣的食品和工業(yè)產(chǎn)品，包括谷物、酒精、甜味劑和副產(chǎn)品飼料等。飼料谷物占美國玉米生產(chǎn)和消費的95%以上。

       玉米如此重要，這項研究揭示了玉米自發(fā)性突變的來源、頻率和性質(zhì)。下一步，科學(xué)家將研究轉(zhuǎn)座子誘導(dǎo)的突變是否導(dǎo)致育種家先前報道的玉米系的遺傳不穩(wěn)定，以及激活玉米和其他重要作物的轉(zhuǎn)座子是否有利于它們。