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解开克隆植物外观差异之谜

科学家们已经知道,克隆生物并不总是外观一致的:尽管事实上克隆生物是源于基因一致的生成细胞,但是它们的外观特征可能发生变化,而且这种变化可以被传递到下一代。

一支来自英国牛津大学和沙特阿卜杜拉国王科技大学的研究小组提出,他们找到了植物发生这种现象的原因——再生植物的基因组中携带了出现频率相对较高的新DNA序列变异,而这些变异并没有出现在供体植物的基因组中。

 “科学家从亲本植物上提取部分组织并从这个小碎片中培养出新的植物,实际上都是在利用植物能够自我再生的能力,”文章通讯作者、牛津大学植物系教授尼古拉斯•哈伯德认为,“但是有些时候再生植物并非是外表一致的,即使它们来自同一个亲本植物。我们的工作揭示了这种表观变化的一个原因。”

该小组在7月28日出版的的《当代生物学》(Current Biology)杂志上发表了他们的研究成果。

DNA测序技术可以一次性将生物完整的基因组解码,即所谓的全基因组测序,使用这种技术,研究人员分析了小型开花植物拟南芥的克隆体。他们发现,再生植物的表观变化主要是由于自身基因序列的高频率的变异,而这种变异并不存在于亲本植物的基因中。

 “这些变异来自哪里仍是一个谜,”哈伯德教授说,“它们或许产生于自身再生的过程中,也可能产生于亲本植物进行细胞分裂产生根细胞的过程中,而再生植物就是从这些根细胞培育来的。我们正在制定进一步的研究计划以确定到底是哪个过程中产生了这些变异。我们可以确定地说,数百万年来在植物繁殖上,自然界一直在可靠地使用大家称的‘克隆’方式,并且这些变异的引入必定有着有利于进化方面的原因。”

这个新的研究结论暗示,克隆植物差异的产生与克隆动物差异的产生或许有着不同的根本原因,关于后者,通常认为环境因素对动物基因如何表达的影响是最重要的,并且类似的高频率的变异并没有被观察到。

哈伯德教授认为:“我们的研究结论强调,克隆植物和克隆动物有很大的区别,它们有助于我们去了解细菌和癌细胞都是怎样自我复制的,以及在这个最终对人体健康产生影响的过程中变异是如何产生的。”

英文论文摘要:

Regenerant Arabidopsis Lineages Display a Distinct Genome-Wide Spectrum of Mutations Conferring Variant Phenotypes

Multicellular organisms can be regenerated from totipotent differentiated somatic cell or nuclear founders . Organisms regenerated from clonally related isogenic founders might a priori have been expected to be phenotypically invariant. However, clonal regenerant animals display variant phenotypes caused by defective epigenetic reprogramming of gene expression, and clonal regenerant plants exhibit poorly understood heritable phenotypic (“somaclonal”) variation . Here we show that somaclonal variation in regenerant Arabidopsis lineages is associated with genome-wide elevation in DNA sequence mutation rate. We also show that regenerant mutations comprise a distinctive molecular spectrum of base substitutions, insertions, and deletions that probably results from decreased DNA repair fidelity. Finally, we show that while regenerant base substitutions are a likely major genetic cause of the somaclonal variation of regenerant Arabidopsis lineages, transposon movement is unlikely to contribute substantially to that variation. We conclude that the phenotypic variation of regenerant plants, unlike that of regenerant animals, is substantially due to DNA sequence mutation.

 

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