老葉的植物王國

  DNA甲基化。圖片來源：維基百科 眾所周知，育種（breeding）是將兩個不同的品系的同種生物雜交後，經過選擇找出具備兩者優點的新品系。 聽起來好像不難，但是中間牽涉到很多眉眉角角。以植物為例：首先要知道這個植物的花什麼時候開。有些植物（如水稻）是一大早開花，很快花粉就失去活性，所以要幫水稻雜交一定要早起。而有些植物則是雌雄花在不同的時間點開花（例如南瓜是雄花先開），所以如果運氣不好，可能兩株南瓜連一朵可以授粉的雌花都找不到。更不要說有些植物有所謂的「自交不親和」，如果你想要雜交的兩個品系剛好是同一類型的，那麼就不會成功了。 好不容易完成雜交，接下來的工作就是交給植物了。什麼樣的工作呢？ 要產生我們想要的、具備兩者優點的新品系，需要雜交第一代的植物在產生雜交第二代時，父母本的基因發生「互換」。學過減數分裂就知道，在生物產生配子（生殖細胞）時，同源染色體（也就是來自父母的、攜帶同樣的基因的染色體）會發生聯會，而這時候就會有機會染色體之間發生互換。 發生互換以後，才能達成所謂的「我泥中有你，你泥中有我」的境界。但是，科學家發現，不是染色體的任何一個區域發生互換的機率都是相等的。在染色體上的有些區域，特別容易發生互換，被稱為所謂的「熱點」。當然，也有特別不容易發生互換的區域，但是好像就沒有特別的名稱（「冷點」？！）。 到底為什麼會有「熱點」呢？哥倫比亞的科學家們研究了水稻發現[1]，水稻互換的熱點與所謂的「CHH」序列有關。 什麼是「CHH」序列呢？CHH序列指的是DNA中的特定核苷酸序列，其中「H」代表除了G（鳥嘌呤）以外的任何核苷酸（A、T或C）。所以，CHH序列包括CAA、CAT、CAC、CTA、CTT、CTC、CCA、CCT和CCC等多種可能的組合。 研究團隊對於這樣的現象感到好奇，想知道水稻的這個現象能不能進一步擴展到其他的植物；於是他們看了阿拉伯芥、番茄、高粱、玉米[2]。他們收集了這些植物的DNA，分析了甲基化的序列，然後用機器學習模型去找出規律。 結果顯示，在某些植物物種中CHH上下文的甲基化與重組率之間存在正相關，CG和CHG甲基化上下文則顯示出與重組率的負相關。甲基化數據在預測高粱和番茄的重組中特別有效，平均決定係數分別為0.65±0.11和0.76±0.05，這確認了單子葉和雙子葉物種中甲基组的重要性。 雖然研究團隊...

  圖片來源： 維基百科 在人類歷史上，小麥一直是糧食生產的重要作物。從一萬兩千年前被首次馴化，到現在全球廣泛栽培的高產品種，小麥的旅程豐富且引人入勝。最近的一項研究顯示了小麥在現代育種過程中的變化，研究團隊對355種小麥品種進行了全基因組定序。這項大規模的研究不僅涵蓋了175種現代栽培品種，還包括180種不同的土著品種，來自14個國家。 這項研究的發現顯示，相比於古老的土著品種，現代小麥品種的基因多樣性下降。這一變化可能是由於現代育種技術的使用，旨在改善作物的產量和品質。研究者利用先進的基因體學技術，對這些小麥品種進行了深入分析，識別出與小麥重要農藝性狀相關的207個基因位點。 這些性狀包括植株高度、開花時間、穗長度等，這些都是影響小麥產量和適應性的關鍵因素。有趣的是，研究發現許多有益的基因變異在現代栽培品種中更為常見，如「 Reduced height-2 ( Rht2 )」、「 FRIZZY PANICLE ( WFZP )」和「 PHOTOPERIOD 1 ( PPD1 )」。這些基因與小麥的特定性狀有關，例如植株高度、穗型和開花時間。這顯示育種過程已經成功地增加了這些有益基因版本出現的頻率。 此外，研究還發現，在中國和美國的小麥育種中，雖然目標相似，但所選擇的基因有所不同。這反映了不同地區育種策略的差異，以及對不同環境條件的適應性。 具體而言，有些基因在中國和美國兩國的育種計劃中都被選擇了，這些包括控制生長和發育的六個已知基因： Vrn2 、 TaFT3-1 、 TaFT4-1 、 TaGRP-2 、 TaVRT-2 和 TaAGL12 。 另外，在中國 PPD1 （光週期基因）和 Vrn3 （凍害基因）被選擇。在美國，MADS-box基因 TaSEP3-A1 被選擇。 TaGW8-7B 基因的不同同源等位基因在不同國家被選擇， TaGW8-7D 在中國被選擇，而 TaGW8-7A 在美國被選擇。 TaGW8 基因與小麥的穀粒大小（也就是產量）有關。 在所選擇的基因區域中，有5428個基因在中國和美國的育種計劃中都被選擇，顯示了兩國間共享的育種目標。這些基因與植物架構、生長期、澱粉合成、對葉病的抵抗力和最終產品質量等方面有關。 這項研究不僅顯示了小麥基因組的演化過程，也為未來的小麥育種提供了寶貴的資訊。了解這些基因變化有助於我...