新发现促进树种育种技术发展

2008/6/30 15:25:01

　　瑞典农学院、奥勒冈州大学及两所研究院的科学家们近日发现了控制秋天树木停止生长并进入休眠状态的基因和树木开花及种子形成过程中的分子机理。在树木生长的基本遗传学研究领域迈出了重要一步。研究成果发表在著名杂志《自然》上。
　　通过对调控植物开花结果等生理过程基因的研究，有可能运用基因工程的方法将那些种子形成前生长缓慢的树木改造成易开花、繁殖快的树种。种子形成前树木生长缓慢一直是育种类型的主要障碍。该研究为集约林业和果树种植业发展带来新机遇。此前，研究人员并不知道哪些基因参与起始树木开花或秋天停止生长过程。理论上，这一研究会积极推动树木育种技术的发展。对于种子形成前生长期长的树木而言，多数用于短寿植物例如玉米、小麦等的育种技术显得过于缓慢而不实用。
　　接下来是公众对树种基因工程技术的本质和安全性理解问题。私营企业和政府机构的相关管理致使该领域研究兴趣受限。这些基因可促进传统育种技术的发展，基因在形成商业植株前会被去除。然而，对基因工程技术的管理和担忧可能会阻碍这一技术的实际应用。科学家们对从一年生植物Arabidopsis中首次分离得到的CO和FT基因展开了研究。这些基因负责调控该植物昼长开花过程。
　　研究发现，两基因在数百万年的单独进化中非常保守，甚至在白杨树种中表现出类似功能。然而，另人惊奇的是，CO/FT基因组合可调控滋养型树种秋天停止生长。这些过程反应了树种生长和存活之间的关键性平衡。温带树种冬季必须停止生长并进入休眠状态，否则会被冻死。从进化角度看，不难理解为什么森林树种不会过早地开花结果；当树木幼小时，必须集中营养长高，来与其它树木竞争阳光；只有进入生命后期，它们才会集中营养形成种子。研究者称，同样的道理，任何早花基因释放到野生种群都不会产生生态学问题，因为当与野生型森林树种一起生长时，携带这些早花基因的树木表现出竞争劣势，从而不会导致早花基因的大范围扩散，CO/FT基因组合还有利于树种适应当地环境条件。对不同种群的白杨树研究发现，适应寒冷的北方气候的树种在夏天会提前停止生长，准备过冬。这种基因调节机制非常强，生殖将这种树木置于温暖区域也不能改变其原有的行为习性。在应用研究方面，研究人员目前可以诱导FT基因过早活化，致使树种更早地形成种子进行繁殖，这比运用传统遗传操作手段好得多。可能会通过正常的有性繁殖快速培育出一些优势性状株，以去除植株中FT基因，同时不会导致植株过早的异常繁殖。较温和的FT基因可以产生持续有益的效应，比如会产生早花或多花果树品种。特别当传统方法不见成效时，该基因能够为开花和果实产量的优化提供新的选择方案。
　　对这些树种开花结果等生理过程的进一步理解有益于解答树种是怎样应对和适应环境变化这一问题；同时基于DNA检测技术有助于鉴定濒危树种种群，这类种群可能会从快速育种或移植技术中获益。这也给生态学家和环境保护遗传学家提供了更多的有力工具。

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