高粱是一種被低估的古老谷物，由于其營養(yǎng)豐富且不含麩質(zhì)的特性，正逐漸成為眾所周知的超級食品。高粱糖漿在食品工業(yè)中被廣泛用作糖蜜的健康替代品，這種谷物也用于制作無麩質(zhì)面粉。此外，高粱通常用作優(yōu)質(zhì)動物飼料，同時也是生物燃料和化學(xué)品的有效可再生來源。改善高粱的種植對于繼續(xù)從這種谷物中獲益并利用其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢至關(guān)重要。然而，高粱與其他作物一樣，具有一些降低其產(chǎn)量的不良特性。一個這樣的特性是對有機(jī)磷的敏感性，有機(jī)磷是常用的殺蟲劑。在高粱作物中，有機(jī)磷會導(dǎo)致葉片褐變、細(xì)胞死亡和枯萎。
岡山大學(xué)的研究人員一直在研究導(dǎo)致高粱植物有機(jī)磷敏感性 (OPS) 的細(xì)胞機(jī)制。在他們最近發(fā)表在《科學(xué)報告》上的研究中，他們揭示了編碼 NB-LRR 蛋白的基因是高粱中 OPS 的原因。此外，他們發(fā)現(xiàn)高粱中有機(jī)磷誘導(dǎo)損傷的機(jī)制與植物在病原感染過程中遭受損傷的機(jī)制相似。
在解釋這項(xiàng)研究背后的動機(jī)時，Wataru Sakamoto 教授(他已經(jīng)研究控制“葉子綠色”的基因超過 10 年并領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究)評論說：“高粱有很多好處。從研究的角度來看，它也很有趣，因?yàn)樗鼘Ω珊岛蛺毫迎h(huán)境的耐受性高，基因組小，并且與水稻的遺傳相似。” 他進(jìn)一步描述了促使這項(xiàng)調(diào)查的原因，“如果一個基因?qū)е轮参镏械牟涣继卣?，去除或滅活該基因可能有助于消除?fù)面特征。在我們的研究中，我們發(fā)現(xiàn)一種名為 Takakibi 的高粱品種在經(jīng)過農(nóng)藥處理后表現(xiàn)出葉片褐變。因此，我們著手了解這種植物對農(nóng)藥敏感的遺傳原因。”
為此，研究人員首先將有機(jī)磷敏感的 Takakibi(或 NOG)品種與有機(jī)磷抗性高粱品種 BTx623 雜交(即交配)。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)所有后代都表現(xiàn)出 OPS。這意味著 OPS 是一種“顯性”性狀，這意味著即使植物有一個 OPS 相關(guān)基因的拷貝，它們也會對有機(jī)磷敏感。
接下來，為了了解哪些基因?qū)嶋H上導(dǎo)致了高粱中的 OPS，他們使用了一種稱為“數(shù)量性狀基因座映射”的技術(shù)，并檢查了 NOG 品種中與 OPS 相關(guān)的遺傳位置。他們發(fā)現(xiàn)，在之前的研究中與 OPS 相關(guān)的 5 號染色體上的一個區(qū)域與 NOG 中的 OPS 相關(guān)。擴(kuò)展他們的發(fā)現(xiàn)，他們確定了該區(qū)域存在的三個基因。此外，他們發(fā)現(xiàn)這些基因可能編碼一種稱為 NB-LRR 的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)存在于植物細(xì)胞的外膜上并識別外部因素，包括病原體。最后，他們得出結(jié)論，NLR-C基因(在 NOG 中起作用但在 BTx623 中不起作用)以顯性方式負(fù)責(zé) OPS。
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