Science:利用干细胞获得“超级水果”

2016-11-075656点击

【导读】冷泉港实验室(CSHL)的科学家们在番茄中鉴定了控制干细胞生产的基因。这些基因发生突变会使番茄结出巨大的果实,比如牛排番茄(beefsteak tomato)。人们可以在此基础上调节任何果实的大小,Science网站特别刊文对此进行了介绍。

 

 

       原始的野生番茄只能结出橄榄大小的浆果。不过在十六世纪早期西班牙探险家将番茄带入欧洲时,人工栽培的番茄就已经相当庞大了。牛排番茄是目前最大的一种番茄,往往可以达到一磅重,被科学家们认为是自然界的怪咖。

       CSHL副教授Zachary Lippman及其同事发现,牛排番茄的大小与其生长锥(分生组织)的干细胞数量有关。数百年前番茄基因CLAVATA3自然发生了突变,导致干细胞异常增殖。人们选择这种罕见的突变进行培育,就有了我们今天的牛排番茄。这项研究发表在五月二十五日的Nature Genetics杂志上。

       与动物一样,植物干细胞也能分化成多种细胞类型,形成各种组织和器官。不过干细胞过多并不是好事,比如人体内干细胞过多会引起癌症。在植物中,干细胞生产失控会导致生长失衡威胁植物的生存,这一微妙的平衡被活性相反的基因控制。

       在番茄中,WUSCHEL基因促进干细胞形成,而CLAVATA基因抑制干细胞生产。一些CLAVATA基因编码位于细胞表面的受体蛋白,它们相当于锁;能够结合这些受体的一系列蛋白相当于钥匙。当锁被钥匙打开时,就会生成信号让WUSCHEL放慢速度。可想而知,如果CLAVATA基因发生改变,植物分生组织就会产生过多的干细胞。

       Lippman等人发现,阿拉伯糖基转移酶(AT)负责给一个CLAVATA钥匙(CLAVATA3)添加阿拉伯糖分子,这些糖分子是钥匙开锁的关键。研究显示,改变CLAVATA3上的糖分子数量,就能改变干细胞的数量。CLAVATA3一般具有三个糖分子,此时植物正常生长。如果CLAVATA3缺失一个以上的糖分子,这把钥匙就无法开锁,不能发出抑制干细胞生产的信号,导致番茄果实长得特别庞大。研究人员指出,牛排番茄就是这样形成的。

       CLAVATA通路在进化上是高度保守的,存在于所有的植物中。也就是说,任何植物都存在着牛排番茄那样的生长潜力。研究人员指出,人们可以通过调节CLAVATA钥匙上的糖分子数量或者其他影响通路的组分,来自定义植物果实的大小。

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