討厭雜交的大芻草

討厭雜交的大芻草

更新於 發佈於 閱讀時間約 4 分鐘

大芻草(teosinte)是玉米的祖先,也因此,有不少研究也會使用大芻草來進行。但是,大部分的研究都只是將大芻草當作參考。



最近有一個研究發現,原來大芻草竟然有個特殊的「自殺系統」!這個「自殺系統」讓大芻草與其他玉米雜交時,會出現花粉不育的現象。


他們是如何發現的?原來,他們在種植玉米與大芻草雜交的後代時,注意到有些雜交植物出現了花粉不育的現象,但是計算比例卻發現,並不符合典型的孟德爾遺傳現象。


這讓他們覺得有趣,於是就開始進行研究。結果發現,這個特徵的確是可以遺傳的,因為它在多代之間持續存在。


透過進行單粒花粉的定序,他們發現某些來自大芻草的基因在有活性的花粉中比例特別高。最後,他們找到了相關的基因,一共三個,且位於不同染色體。其中兩個位於第五號染色體,另一個則位於第六號染色體。位於第五號染色體的兩個基因,其中一個是脂肪酶,負責產生花粉所需要的脂肪;另一個基因(Tpd1)則會產生一個小干擾核糖核酸(siRNA)。


研究團隊發現,Tpd1產生的siRNA與脂肪酶的信息核糖核酸的部分序列互補,於是當Tpd1表現時,它會透過基因沉默(gene silencing)機制把脂肪酶的基因關掉,於是脂肪酶就不能產生。更糟糕的是,Tpd1的siRNA還會去引發更多的次級siRNA產生,讓脂肪酶基因根本無法表現。


但是,脂肪酶所合成的脂肪,是花粉必需的;所以這麼一來,花粉發育就會出現問題,造成不育。


大家看到這裡,可能會想,大芻草帶著這樣的東西,怎麼還能活呢?


不要急,我們不是提到,還有第三個基因在第六號染色體上嗎?研究團隊發現,這第三個基因會去抑制那些次級siRNA的產生,所以只剩下Tpd1的siRNA。另外,大芻草還有第四個基因,可以跟第三個基因一起合作,讓次級siRNA無法產生。


雖然還是有Tpd1的siRNA存在,但是量並不是很多,所以在這樣的狀況下,脂肪酶可以表現、合成脂肪,花粉發育就沒問題了。


但是,一旦大芻草與玉米雜交之後,因為第三個基因與另外兩個基因不在同一個染色體上,所以它們就會被分開。一旦分開,Tpd1就會表現,然後脂肪酶被抑制,接著...就完蛋了。


可是,為什麼大芻草要有這樣的「自殺系統」呢?研究團隊認為,有可能這只是TPD系統要保證自己會被遺傳下去所演化出來的機制、也有可能是大芻草要維持生殖隔離的一種方法、更或許只是一不小心跑出來的怪東西...總而言之,這造成大芻草在跟其他近緣種(比如玉米)雜交時,會有後代大量消失的現象;至於有沒有好處?目前還看不出來!


參考文獻:


Berube, B., Ernst, E., Cahn, J. et al. Teosinte Pollen Drive guides maize diversification and domestication by RNAi. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07788-0


avatar-img
老葉報報
176會員
574內容數
主要介紹關於植物的新資訊,但是也會介紹一些其他的。 版主在大學教植物生理學,也教過生物化學。 如有推薦書籍需求,請e-mail:[email protected]
留言
avatar-img
留言分享你的想法!
老葉報報 的其他內容
馴化對作物本身造成的最大的影響,大概就是「馴化症候群」了,可以吃/用的部位變大、從雌雄異株變為雌雄同株、多年生/二年生變成一年生、從異株授粉變為自花授粉、可食部分變得美味... 但是,馴化還會對作物有其他的影響,而且,有些是不可逆的!
雖然我的專長並不是植物分類。但是因為研究植物,所以生活中會多留意各種各樣的植物。 或許也可以說是職業病吧。 也因為這樣,所以看戲的時候一看到植物,就很容易出戲。
植物的表面都會有由脂肪酸而來的角質與蠟,有些植物甚至相當厚,會讓植物看起來「閃亮亮」的。 這些角質與蠟,可以防水以及抵抗病蟲害,但是最近的研究發現,它們的影響層面可不止於此喔!
慈濟的2023年度報告書出來囉! 之所以到現在報告書才出來,是因為要經過「兩家」會計師事務所查核後,才會公布;所以需要時間! 報告書很大一本,我選一些重點跟大家分享。
隨著農業的開展,隨之而來的馴化與育種,影響了植物與它的好伙伴-微生物體-的互動。這使得植物需要更多肥料、需要更多農藥。 如果可以讓植物能喚回它的好伙伴,或許就不需要那麼多的肥料與農藥了?
每個人對疼痛的敏感度不同。 但是,大家如果痛到要去掛急診,應該都會希望醫師讓自己的疼痛快點消失吧? 糟糕的是,最近的研究發現, 如果你是女性,醫護人員對你的疼痛比較不會當真喔!
馴化對作物本身造成的最大的影響,大概就是「馴化症候群」了,可以吃/用的部位變大、從雌雄異株變為雌雄同株、多年生/二年生變成一年生、從異株授粉變為自花授粉、可食部分變得美味... 但是,馴化還會對作物有其他的影響,而且,有些是不可逆的!
雖然我的專長並不是植物分類。但是因為研究植物,所以生活中會多留意各種各樣的植物。 或許也可以說是職業病吧。 也因為這樣,所以看戲的時候一看到植物,就很容易出戲。
植物的表面都會有由脂肪酸而來的角質與蠟,有些植物甚至相當厚,會讓植物看起來「閃亮亮」的。 這些角質與蠟,可以防水以及抵抗病蟲害,但是最近的研究發現,它們的影響層面可不止於此喔!
慈濟的2023年度報告書出來囉! 之所以到現在報告書才出來,是因為要經過「兩家」會計師事務所查核後,才會公布;所以需要時間! 報告書很大一本,我選一些重點跟大家分享。
隨著農業的開展,隨之而來的馴化與育種,影響了植物與它的好伙伴-微生物體-的互動。這使得植物需要更多肥料、需要更多農藥。 如果可以讓植物能喚回它的好伙伴,或許就不需要那麼多的肥料與農藥了?
每個人對疼痛的敏感度不同。 但是,大家如果痛到要去掛急診,應該都會希望醫師讓自己的疼痛快點消失吧? 糟糕的是,最近的研究發現, 如果你是女性,醫護人員對你的疼痛比較不會當真喔!