作者:Meilina Ong-Abdullah 来源:《自然》 发布时间:2015/9/23 14:35:36
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研究人员破解油棕突变之谜
有助在更少的土地上生产更多的油

新发现有助于油棕榈树种植者在更少的土地上生产出更多的油。

图片来源:Melina Ong Abdullah/MPOB

你橱柜里的植物油是要付出代价的。人们对于从食物到生物燃料中使用的油的需求是如此旺盛,以至于油棕植物已经接管了全世界大面积的热带雨林。大约40年前,研究人员希望通过克隆产量最高的油棕榈树(非洲油棕)以提高油产量从而减少对热带雨林的破坏。但是当这些所谓完全相同的树木成熟后并没有结出产油的果实。如今,研究人员认为他们已经找到了其中的原因。

并未参与该项研究的英国剑桥大学植物遗传学家Jerzy Paszkowski认为,新的发现将有助于油棕种植者清除不良的苗木,并再次克隆出一个可行的选择。他说:“他们将避免在产果前多年种植那些一文不值的油棕榈树。”

棕榈油大约占全球所有植物油交易的65%,并且对这一资源的需求正在持续增加。科学家一直尝试控制由此带来的对热带雨林的破坏。其中一项努力始于1974年,主要涉及克隆油棕植物。

研究人员从产油量最高的油棕榈树的叶片上提取细胞,并在实验室的培养皿中让它们生长,最终产出克隆的籽苗。他们希望此举能够使每公顷油产量增加30%。然而时至今日,致力于种植克隆油棕榈树的地区的增产量尚不足1%,这是缘于许多克隆油棕榈树产下的果实大多发育畸形、呈锯齿状并有一个厚厚的外壳。这种“披着斗篷”的果实无法榨出多少油,从而变成了一个令人苦恼的难题。

这项新研究的共同作者、美国纽约州冷泉港实验室植物遗传学家Robert Martienssen表示,由于异常出现在基因相同的克隆油棕榈树中,“因此不可能责怪遗传学方面的原因”。

30年来,雪兰莪州马来西亚棕榈油董事会植物遗传学家Ravigadevi Sambanthamurthi和她的同事一直在试图搞清,为什么“完全相同”的树却结不出完全相同的好果实。大约十多年前,他们开始与Martienssen及其他科学家合作,对油棕榈树基因组进行了测序,并于两年前完成了相关研究。随着基因组在手,研究人员能够从一个更好的角度对“表观基因组”进行评估,该基因组能够对影响基因如何及何时工作的DNA进行化学修饰。

Martienssen的研究团队如今已经开发一种方式在拟南芥的基因组中对这样的修饰——被称为甲基化——进行评估。科学家经常利用能够快速生长的拟南芥在实验室中研究基础的植物生物学问题。研究人员使用该技术对5个油棕榈树品系、来自亲代的采样结果、一个正常的克隆品系以及每个品系中“披着斗篷”的克隆树进行了分析。

尽管研究人员在每个品系的样本中均发现了许多表观基因组差异,但在所有畸形克隆基因组中有一点变化是相同的:它们在一个对于花的生长及发育非常重要的基因的非编码区域丧失了甲基化。

Sambanthamurthi与Martienssen日前在《自然》杂志网络版上报告了这一研究成果。

更进一步的研究表明,当失去甲基化后,基因的编码区域将不再进行正确的转译,进而导致蛋白质反常。“发现一个基因中的单一元素对所有克隆都起作用绝对令人惊讶。”Sambanthamurthi说,“这比在干草堆中找到一根针还让人难以置信。”

研究人员如今已经开发出一种简单的测试,似乎完全能够在非常早期就清除掉坏克隆,甚至是在组织培养阶段。Sambanthamurthi表示:“这一发现将极大增加对于克隆的信心。”

而其他植物研究人员对此也感到非常高兴。并未参与该项研究的加利福尼亚大学洛杉矶分校植物遗传学家Steven Jacobsen指出:“这是一篇非常出色的论文……它对于农业具有重要意义。”

油棕榈树属常绿直立乔木,是世界上单位面积产量最高的一种木本油料植物。一般亩产棕油200千克左右,比花生产油量高五六倍,是大豆产油量的近10倍,因此有“世界油王”之称。(来源:中国科学报 赵熙熙)

 
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