研究人員破解油棕突變之謎

人們對(duì)于從食物到生物燃料中使用的油的需求是如此旺盛，以至于油棕植物已經(jīng)接管了全世界大面積的熱帶雨林。大約40年前，研究人員希望通過克隆產(chǎn)量最高的油棕（非洲油棕）以提高油產(chǎn)量從而減少對(duì)熱帶雨林的破壞。但是當(dāng)這些所謂完全相同的樹木成熟后并沒有結(jié)出產(chǎn)油的果實(shí)。如今，研究人員認(rèn)為他們已經(jīng)找到了其中的原因。

并未參與該項(xiàng)研究的英國(guó)劍橋大學(xué)植物遺傳學(xué)家Jerzypaszkowski認(rèn)為，新的發(fā)現(xiàn)將有助于油棕種植者清除不良的苗木，并再次克隆出一個(gè)可行的選擇。他說：“他們將避免在產(chǎn)果前多年種植那些一文不值的油棕樹?！?/p>

棕油大約占全球所有植物油交易的65%，并且對(duì)這一資源的需求正在持續(xù)增加?？茖W(xué)家一直嘗試控制由此帶來(lái)的對(duì)熱帶雨林的破壞。其中一項(xiàng)努力始于1974年，主要涉及克隆油棕植物。

研究人員從產(chǎn)油量最高的油棕樹的葉片上提取細(xì)胞，并在實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)皿中讓它們生長(zhǎng)，最終產(chǎn)出克隆的籽苗。他們希望此舉能夠使每公頃油產(chǎn)量增加30%。然而時(shí)至今日，致力于種植克隆油棕樹的地區(qū)的增產(chǎn)量尚不足1%，這是緣于許多克隆油棕樹產(chǎn)下的果實(shí)大多發(fā)育畸形、呈鋸齒狀并有一個(gè)厚厚的外殼。這種“披著斗篷”的果實(shí)無(wú)法榨出多少油，從而變成了一個(gè)令人苦惱的難題。

這項(xiàng)新研究的共同作者、美國(guó)紐約州冷泉港實(shí)驗(yàn)室植物遺傳學(xué)家Robert martienssen表示，由于異常出現(xiàn)在基因相同的克隆油棕樹中，“因此不可能責(zé)怪遺傳學(xué)方面的原因?！?/p>

30年來(lái)，雪蘭莪州馬來(lái)西亞棕櫚油董事會(huì)植物遺傳學(xué)家Ravigadevisambanthamurthi和她的同事一直在試圖搞清，為什么“完全相同”的樹卻結(jié)不出完全相同的好果實(shí)。大約10多年前，他們開始與martienssen及其他科學(xué)家合作，對(duì)油棕樹基因組進(jìn)行了測(cè)序，并于2年前完成了相關(guān)研究。隨著基因組在手，研究人員能夠從一個(gè)更好的角度對(duì)“表觀基因組”進(jìn)行評(píng)估，該基因組能夠?qū)τ绊懟蛉绾渭昂螘r(shí)工作的dna進(jìn)行化學(xué)修飾。

Martienssen的研究團(tuán)隊(duì)如今已經(jīng)開發(fā)一種方式在擬南芥的基因組中對(duì)這樣的修飾—被稱為甲基化--進(jìn)行評(píng)估。科學(xué)家經(jīng)常利用能夠快速生長(zhǎng)的擬南芥在實(shí)驗(yàn)室中研究基礎(chǔ)的植物生物學(xué)問題。研究人員使用該技術(shù)對(duì)5個(gè)油棕樹品系、來(lái)自親代的采樣結(jié)果、一個(gè)正常的克隆品系以及每個(gè)品系中“披著斗篷”的克隆樹進(jìn)行了分析。

盡管研究人員在每個(gè)品系的樣本中均發(fā)現(xiàn)了許多表觀基因組差異，但在所有畸形克隆基因組中有一點(diǎn)變化是相同的：它們?cè)谝粋€(gè)對(duì)于花的生長(zhǎng)及發(fā)育非常重要的基因的非編碼區(qū)域喪失了甲基化。

Sambanthamurthi與Martienssen日前在《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告了這一研究成果。

更進(jìn)一步的研究表明，當(dāng)失去甲基化后，基因的編碼區(qū)域?qū)⒉辉龠M(jìn)行正確的轉(zhuǎn)譯，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)反常。“發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因中的單一元素對(duì)所有克隆都起作用絕對(duì)令人驚訝?！盨ambanthamurthi說，“這比在干草堆中找到一根針還讓人難以置信?！?/p>

研究人員如今已經(jīng)開發(fā)出一種簡(jiǎn)單的測(cè)試，似乎完全能夠在非常早期就清除掉壞克隆，甚至是在組織培養(yǎng)階段。Sambanthamurthi表示：“這一發(fā)現(xiàn)將極大增加對(duì)于克隆的信心?！?/p>

而其他植物研究人員對(duì)此也感到非常高興。并未參與該項(xiàng)研究的加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校植物遺傳學(xué)家Steven jacobsen指出：“這是一篇非常出色的論文，它對(duì)于農(nóng)業(yè)具有重要意義?！?/p>

油棕樹屬常綠直立喬木，是世界上單位面積產(chǎn)量最高的一種木本油料植物。一般每公頃生產(chǎn)棕油3 000 kg左右，比花生產(chǎn)油量高五六倍，是大豆產(chǎn)油量的近10倍，因此有“世界油王”之稱。

（摘自《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，2015-09-15，趙熙熙/文）