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DNA甲基化研究為植物病蟲害防治帶來新的突破

2019/04/08 @國際

DNA甲基化研究為植物病蟲害防治帶來新的突破

  植物病蟲害是農業生產上所面臨的重大問題之一,除透過農藥或生物製劑消滅病原體或害蟲外,人們常藉助分子育種的方式找出與抗病蟲害相關或與之連鎖的遺傳特徵(trait,又稱性狀),將這些特徵作為分子標記(molecular marker),再利用分子標記篩選出具有目標性狀個體。在影響表現型的遺傳研究中,早期多以分子生物學的中心法則(central dogma)為前提,探討遺傳物質本身(即DNA)的差異對表現型的影響;近十年在表觀遺傳學(epigenetics)的研究中進一步發現,透過DNA化學修飾的過程,可使得具有相同DNA特徵(或遺傳特徵)的個體,因DNA甲基化(DNA methylation)的不同,產生不同的表現型,而在這些表現型中,可能有些甲基化位置與抗性特徵有關。為釐清DNA甲基化的位置與遺傳形式在植物抗病蟲害方面的關聯性,英國雪菲爾大學(University of Sheffield)的研究團隊以具有完整遺傳背景阿拉伯芥(Arabidopsis)進行研究,找出DNA甲基化對植物抗病蟲害能力的影響。
  研究首先建構具相同遺傳背景(即相同基因組),但分別表現不同DNA甲基化形式的表觀遺傳重組自交系(epigenetic recombinant inbred lines,簡稱epiRILs)。透過自交系的研究發現,有4個低甲基化(hypomethylated)基因座(locus)與抵抗露菌病(downy mildew)的抗性有關。研究進一步發現,這些受低甲基化影響的4個基因座與植物生長、抗環境逆境的能力無關,顯示植物的生長發育並不會因這些區域的DNA受到甲基化的變化而有所改變,這些區域的甲基化程度僅會影響植物抗露菌病的能力。
  透過表觀遺傳學的研究,英國雪菲爾大學的研究揭示部分基因座在不改變DNA序列的情況下,透過DNA甲基化或去甲基化獲得抗病害的能力,而這些受甲基化影響的區域可遺傳至下一代。相關研究可望用於作物育種之用,解決人們長期倚賴大量農藥與確保糧食安全方面的問題。

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