研究人员对表观遗传修饰的砧木嫁接番茄植株后感到惊讶

新组合的后代比亲本植物更有活力和生产力。

新型嫁接植物-由表观遗传修饰的砧木组成，“相信”它在压力下-与未修饰的接穗或地上芽相连，产生的后代比亲本植物更具活力，生产力和弹性。

这是一个研究人员小组的令人惊讶的发现，该研究小组在多个植物世代的三个相距遥远的位置对番茄进行了大规模的田间试验。他们认为，这项发现来自宾夕法尼亚州立大学，佛罗里达大学和内布拉斯加州的一家小型初创公司之间的合作，对植物育种具有重大意义。

参与研究的嫁接番茄植株产生的种子产生的后代平均提高了35％的生产力。在该研究中，子代的生长活力持续了五代之久。

由于该技术涉及表观遗传学-操纵现有基因的表达，而不是从另一种植物引入新的遗传物质-使用该技术培育的农作物可以避开与转基因生物和食品有关的争议。这是研究团队负责人萨利·麦肯齐（Sally Mackenzie）的希望，萨利·麦肯齐（Sally Mackenzie），宾夕法尼亚大学农业科学学院植物科学教授和宾夕法尼亚州埃伯里科学学院生物学教授。

设置表观遗传修饰的番茄…植物研究人员认为，这是一种农业上可接受的表观遗传育种方法的首次真实展示。他们说，这项技术已准备好由农业植物育种者立即部署。

她说：“尽管我们是用番茄做的，但可以用任何植物做。”“我们认为这项研究代表了显示表观遗传育种作物潜力的重大突破。后来，面对气候变化，它将对树木和森林产生重大影响。”

在Mackenzie研究小组在宾夕法尼亚州立大学进行的先前研究的基础上，砧木来自番茄植株，研究人员在该植株中操纵了一种名为MSH1的基因的表达，以诱导“压力记忆”。记忆是某些后代所继承的，使他们有可能更旺盛，更耐力和更有生产力地成长。

Mackenzie解释说，MSH1基因为研究人员提供了控制广泛植物抗逆性网络的途径，Mackenzie解释说，他是Lloyd and Dottie Huck功能基因组学主席兼宾夕法尼亚州植物研究所所长。她说：“当植物遭受干旱或长期高温等胁迫时，它能够迅速适应其环境，从而在表型上变得'可塑性'或变得灵活。”“而且，事实证明，它是'记住的。'”

Mackenzie指出，那些被记住的性状从根部通过嫁接传递到植物顶部的发现非常重要，这一发现今天（2020年10月22日）发表在自然通讯上。她指出，参与该研究的嫁接番茄植株产生的种子产生的后代平均提高了35％的产量，这是一个了不起的成果。子代的生长活力在研究中持续了五代之久。

生物学助理研究员杨晓东（左）和刚完成博士学位的Hardik Ku​​ndariya在Mackenzie实验室领导了该项目，以证明表观遗传操纵对植物生长的影响。在这里，它们显示出评估表观遗传修饰的拟南芥植物的生长变化。

Mackenzie说，这些植物也更坚硬。在2018年宾夕法尼亚州立大学罗素E.拉尔森农业研究中心的一项研究中，八月份的暴风雨降下了超过7英寸的降雨，淹没了番茄田。合并的水将其他研究试验中的植物擦掉了。但是，作为具有表观遗传学操纵的砧木的嫁接植物的后代，大多数植物都可以幸存下来，然后再繁衍生息。

在加利福尼亚和佛罗里达进行的其他田间试验中，嫁接植物的后代也显示出优异的生存能力。

Mackenzie说，这项研究是对农业上可接受的表观遗传育种方法的首次真实证明，并补充说该技术已准备就绪，可以立即部署。

“我们所做的一切，任何农业上的植物育种者都可以做，现在我们已经大规模地证明了它具有农业价值。现在已经准备就绪，育种者可以阅读有关信息并实施该系统以改善其品种，” Mackenzie说。

参考：Hardik Ku​​ndariya，Xiaodong Yang，Kyla Morton，Robersy Sanchez，Michael J.Axtell，Samuel F.Hutton，Michael Fromm和Sally A.Mackenzie于10月22日将MSH1诱导的通过嫁接的遗传性增强的生长活力与植物中的RdDM途径相关2020年，自然通信。DOI：
10.1038 / s41467-020-19140-x

宾州州立大学的研究人员还包括：迈克尔·阿克斯泰尔（Michael Axtell），生物学教授；杨晓东，生物学助理研究员；生物学副教授罗伯西·桑切斯（Robersy Sanchez）；以及生物学硕士研究生Hardik Ku​​ndariya；佛罗里达大学塞缪尔·赫顿（Samuel Hutton）；内布拉斯加州林肯市EpiCrop Technologies的Michael Fromm和Kyla Morton。

这项工作得到了美国国家科学基金会，美国国立卫生研究院和美国农业部国家粮食与农业研究所的资助。