瑞典農(nóng)學(xué)院、奧勒岡州大學(xué)及兩所研究院的科學(xué)家們近日發(fā)現(xiàn)了控制秋天樹木停止生長并進(jìn)入休眠狀態(tài)的基因和樹木開花及種子形成過程中的分子機(jī)理。在樹木生長的基本遺傳學(xué)研究領(lǐng)域邁出了重要一步。研究成果發(fā)表在著名雜志《自然》上。
通過對調(diào)控植物開花結(jié)果等生理過程基因的研究，有可能運用基因工程的方法將那些種子形成前生長緩慢的樹木改造成易開花、繁殖快的樹種。種子形成前樹木生長緩慢一直是育種類型的主要障礙。該研究為集約林業(yè)和果樹種植業(yè)發(fā)展帶來新機(jī)遇。此前，研究人員并不知道哪些基因參與起始樹木開花或秋天停止生長過程。理論上，這一研究會積極推動樹木育種技術(shù)的發(fā)展。對于種子形成前生長期長的樹木而言，多數(shù)用于短壽植物例如玉米、小麥等的育種技術(shù)顯得過于緩慢而不實用。
接下來是公眾對樹種基因工程技術(shù)的本質(zhì)和安全性理解問題。私營企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)的相關(guān)管理致使該領(lǐng)域研究興趣受限。這些基因可促進(jìn)傳統(tǒng)育種技術(shù)的發(fā)展，基因在形成商業(yè)植株前會被去除。然而，對基因工程技術(shù)的管理和擔(dān)憂可能會阻礙這一技術(shù)的實際應(yīng)用?？茖W(xué)家們對從一年生植物arabidopsis中首次分離得到的co和ft基因展開了研究。這些基因負(fù)責(zé)調(diào)控該植物晝長開花過程。
研究發(fā)現(xiàn)，兩基因在數(shù)百萬年的單獨進(jìn)化中非常保守，甚至在白楊樹種中表現(xiàn)出類似功能。然而，另人驚奇的是，co/ft基因組合可調(diào)控滋養(yǎng)型樹種秋天停止生長。這些過程反應(yīng)了樹種生長和存活之間的關(guān)鍵性平衡。溫帶樹種冬季必須停止生長并進(jìn)入休眠狀態(tài)，否則會被凍死。從進(jìn)化角度看，不難理解為什么森林樹種不會過早地開花結(jié)果；當(dāng)樹木幼小時，必須集中營養(yǎng)長高，來與其它樹木競爭陽光；只有進(jìn)入生命后期，它們才會集中營養(yǎng)形成種子。研究者稱，同樣的道理，任何早花基因釋放到野生種群都不會產(chǎn)生生態(tài)學(xué)問題，因為當(dāng)與野生型森林樹種一起生長時，攜帶這些早花基因的樹木表現(xiàn)出競爭劣勢，從而不會導(dǎo)致早花基因的大范圍擴(kuò)散，co/ft基因組合還有利于樹種適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件。對不同種群的白楊樹研究發(fā)現(xiàn)，適應(yīng)寒冷的北方氣候的樹種在夏天會提前停止生長，準(zhǔn)備過冬。這種基因調(diào)節(jié)機(jī)制非常強(qiáng)，生殖將這種樹木置于溫暖區(qū)域也不能改變其原有的行為習(xí)性。在應(yīng)用研究方面，研究人員目前可以誘導(dǎo)ft基因過早活化，致使樹種更早地形成種子進(jìn)行繁殖，這比運用傳統(tǒng)遺傳操作手段好得多?？赡軙ㄟ^正常的有性繁殖快速培育出一些優(yōu)勢性狀株，以去除植株中ft基因，同時不會導(dǎo)致植株過早的異常繁殖。較溫和的ft基因可以產(chǎn)生持續(xù)有益的效應(yīng)，比如會產(chǎn)生早花或多花果樹品種。特別當(dāng)傳統(tǒng)方法不見成效時，該基因能夠為開花和果實產(chǎn)量的優(yōu)化提供新的選擇方案。
對這些樹種開花結(jié)果等生理過程的進(jìn)一步理解有益于解答樹種是怎樣應(yīng)對和適應(yīng)環(huán)境變化這一問題；同時基于dna檢測技術(shù)有助于鑒定瀕危樹種種群，這類種群可能會從快速育種或移植技術(shù)中獲益。這也給生態(tài)學(xué)家和環(huán)境保護(hù)遺傳學(xué)家提供了更多的有力工具。