農(nóng)業(yè)，特別是涉及糧食的農(nóng)業(yè)，一直是文明的堅(jiān)定支柱。我們目前對(duì)植物生物學(xué)和遺傳學(xué)的了解幫助我們通過各種技術(shù)大大提高了作物的質(zhì)量和產(chǎn)量，其中一些技術(shù)專注于種子發(fā)育所涉及的復(fù)雜過程。
大多數(shù)開花植物的種子有兩種不同的結(jié)構(gòu)：胚和胚乳。胚胎細(xì)胞是在受精過程中產(chǎn)生的，而胚乳構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)性和營(yíng)養(yǎng)豐富的身體，可以保護(hù)和支持胚胎。胚乳占大米等谷物收成的大部分營(yíng)養(yǎng)價(jià)值;許多遺傳研究集中在如何在胚乳發(fā)育的最后階段控制淀粉的積累。另一方面，關(guān)于協(xié)調(diào)水稻早期胚乳發(fā)育的基因知之甚少。
由韓國(guó)釜山國(guó)立大學(xué)助理教授 Lae-Hyeon Cho(ORCID ID：0000-0003-4514-4107)領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家最近進(jìn)行了一項(xiàng)研究，以填補(bǔ)這一知識(shí)空白。在發(fā)表在《植物生物技術(shù)雜志》上的工作中，該團(tuán)隊(duì)分析了一種水稻突變體的基因組，該突變體的種子不含胚乳和異常增大的胚胎。
他們?cè)诰幋a胞苷三磷酸合酶 (CTPS) 的基因中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)單一突變，這種酶有助于產(chǎn)生 DNA 和 RNA 的一些構(gòu)建塊。他們還闡明了CTPS與胚乳之間的關(guān)系。事實(shí)證明，CTPS 在胚乳發(fā)育的早期階段形成大分子結(jié)構(gòu)，幫助胚乳細(xì)胞在種子內(nèi)遷移。具有改變形式的 CTPS 的突變體未能產(chǎn)生這種支持結(jié)構(gòu)，因此其種子最終沒有胚乳。
最值得注意的是，科學(xué)家們還表明，CTPS 在轉(zhuǎn)基因水稻植物中的過度表達(dá)會(huì)導(dǎo)致更大的胚乳。這為微調(diào)胚乳和胚胎之間的大小比例開辟了一條途徑。“控制胚和胚乳的大小決定了種子的數(shù)量和質(zhì)量，”Cho 博士解釋說，“重要的是要適度增加胚的大小，同時(shí)也要增加胚乳的大小。”
總體而言，研究團(tuán)隊(duì)提供的新發(fā)現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致水稻種植更富有成效。“水稻的早期種子發(fā)育最終決定了種子中細(xì)胞的數(shù)量，并且與產(chǎn)量密切相關(guān)，”Cho 博士強(qiáng)調(diào)說，“我們的研究可能開創(chuàng)了胚乳早期發(fā)育的研究領(lǐng)域，并有助于提高質(zhì)量未來的糧食作物。” 讓我們希望這個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)一步進(jìn)步有助于讓全世界更容易獲得食物!
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