Teruhiko Terakawa(团队经理),中央研究实验室生物科学研究部植物生物团队(主任:Ttsuguo Uchiyama),Hokko Chemical Industry Co, Ltd(总裁:Takao Maruyama)和 Masaru Takagi(首席研究科学家)及其同事,国家基因组生物工厂研究所(主任:Yoichi Kamagata)产业技术综合研究所(AIST;所长:野间口保)利用新型基因沉默技术(CRES-T法)成功培育出多瓣仙客来。
花朵的形状是激发人们欣赏园艺植物之美的一个重要方面。花由花瓣、雄蕊、雌蕊和萼片等花器官组成;这些器官的形成是由基因调节因子(称为转录因子)控制的。仙客来基本上有五个花瓣。传统的育种方法中,培育玫瑰、康乃馨等多瓣仙客来品种的唯一方法是采用诱导突变的方法,难以实现多瓣仙客来的生产。
我们分离并分析了调节仙客来雄蕊和雌蕊产生的基因。然后利用我们独创的基因转移技术和CRES-T方法,将雄蕊和雌蕊改造成花瓣。这导致了多瓣仙客来的发展,其花瓣连续形成,具有迄今为止未知的花形特征。花粉的传播对于转基因植物来说仍然是一个问题,但由于雄蕊与花瓣相连,花粉的传播受到抑制。
这项研究是作为创新生物科学基础研究活动促进(核心机构:国立花卉科学研究所)的委托研究项目进行的,由国家农业和食品研究组织生物导向技术研究推进机构管理。
这项研究的结果将在 2010 年 3 月 18 日至 21 日在熊本大学举行的日本植物生理学家学会第 51 届年会上公布。
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| 照片(左)我们新技术生产的多瓣仙客来 |
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照片(右)普通仙客来 |
仙客来是主要的观赏植物,也是冬季的代表性盆花,其栽培面积和出货量是日本所有盆花中最多的。花的形状是欣赏园艺植物之美的重要因素之一。一般来说,仙客来花有五个花瓣,并且是单花的。然而,近年来,通过自然突变诱导的十瓣重瓣仙客来品种已经生产并商业化。然而,通过交叉杂交或突变体选择等传统育种方法生产双花仙客来是困难的。像玫瑰或康乃馨一样具有许多花瓣的多瓣仙客来的生产也很困难。因此,需要新的高效技术来有效地改善花形,以培育多瓣仙客来等新品种。在转基因植物商业化之前,需要开发通过灭菌或去除雄蕊来防止花粉扩散的技术,以将生物多样性的影响限制在最低水平。
过去,AIST基因组生物工厂研究所开发了一种称为CRES-T方法的技术,可以抑制植物中某些转录因子调控的基因的表达。通过应用CRES-T方法,可以产生抑制转录因子的靶基因表达的阻遏物。将这种阻遏蛋白引入植物中可以产生转录因子功能受到抑制的植物。
我们计划应用这项技术来改善仙客来花的特性;然而,当时由于仙客来遗传信息的缺乏,仙客来的转录因子几乎没有被分析。因此,我们开始了修改仙客来花形状的研究,首先分离出与仙客来花器官形成相关的转录因子,然后应用基因重组技术和CRES-T方法。
形成花朵的花器官,例如花瓣、雄蕊、雌蕊和萼片,已知受到称为转录因子的遗传物质的调节。一般来说,花器官的发育可以用ABC模型来解释;即花的形状被认为是由分为A类、B类和C类三类的转录因子调节。其中,属于C类的称为AGAMOUS的转录因子参与雄蕊和雌蕊的形成,并且认为通过控制这些转录因子的表达可以改善花的形状。
首先,我们试图获取并分析调控仙客来花器官形成的转录因子,获得了两个与雄蕊和雌蕊形成相关的新AGAMOUS基因。产生 AGAMOUS 的嵌合阻遏物以诱导与 AGAMOUS 基因缺陷突变体相似的表型,然后将其引入仙客来细胞中。受到抑制,形成花瓣而不是这些器官。由此,我们成功培育出了50片以上花瓣的仙客来以及重瓣仙客来。多瓣仙客来的花瓣像玫瑰或康乃馨一样相继绽放(左图)。这些品种不产生种子;但是,可以使用北兴化学工业株式会社拥有的组织培养技术来培育幼苗
由于这些新仙客来形成的是花瓣而不是雄蕊,因此花粉的扩散会受到抑制,对生物多样性的影响应该很小。
我们的技术为仙客来品种提供了新的途径,这些品种具有新颖的特性,花瓣像玫瑰一样相继绽放。目前,花的颜色只有粉红色。然而,我们的目标是利用新技术生产各种颜色的多瓣仙客来。我们计划在生物多样性评估风险后将五彩多瓣仙客来商业化。