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目前已知自然界植物中能够生产稻壳素的只有水稻、大灰藓以及稗草。中日科学家分别对水稻和稗草产生稻壳素的机制进行研究后发现,基因成簇似乎是必要条件。
何为基因成簇?就是在同一条染色体上,合成稻壳素的基因比较密集地排列在一起,呈簇状。这就好像一个工业园上下游产业集聚在一起,能够快速地将原料送到下游进而生产。樊龙江说:“基因簇在进化上有选择优势,快速合成,抵御外来的影响。”
那么,是不是要产生稻壳素,就必须要基因成簇?为此,中日科研人员通力合作,通过基因组学、酶学和基因功能研究,发现大灰藓基因组上稻壳素合成相关基因的确同样成簇存在,并参与稻壳素合成。基于已测序的100多个植物基因组序列大规模分析,发现目前在植物界中只有上述三个物种进化出稻壳素基因簇。虽然一些植物也进化出稻壳素合成相关关键基因,但它们没有在基因组上紧密排列成簇,因此无法合成稻壳素。
樊龙江说,很多植物中都进化出了稻壳素合成相关基因,但是它们都不能合成稻壳素。研究发现,这些物种的基因没有成簇,只是零散地分布在各条染色体上,没有聚集。所以说,植物合成稻壳素,基因簇的进化很重要。
既然水稻和其重要对手稗草,都具有杀伤性的稻壳素,为什么水稻会败下阵来?
樊龙江团队早前的研究已经揭示,稗草还有一种秘密“生化武器”——丁布。目前科研人员正在筛选对丁布不敏感,但又能产生大量稻壳素的水稻品种,这将对未来绿色育种产生积极影响。“植物合成大量次生代谢产物,我们的研究对于认识这些物质合成和进化机制具有意义,应该会有广泛影响。” 樊龙江说。
本报记者 林洁 通讯员 柯溢能