植物对突变损伤的巧妙防御

如果没有植物线粒体和叶绿体，人类就活不了多久。植物细胞的这些重要隔室以捕获阳光和发电为植物生命而闻名，因此最终提供了我们吃的所有食物。但存在一个问题：线粒体和叶绿体将构建模块的指令存储在它们自己的“细胞器”DNA或oDNA中，而这可能会发生突变。

您可以在一些“杂色”植物中看到这种现象的轻微影响——叶子变白并失去光合作用的能力。在你的花园里很漂亮，但对农作物没有好处。随着时间的推移，植物如何避免突变损伤的累积?

卑尔根大学和科罗拉多州立大学之间的合作为这个问题提供了新的线索。也许令人惊讶的是，答案部分是通过利用随机性。研究结果发表在《新植物学家》杂志上。

随机性产生多样性

如果一株植物从其母亲那里继承了一定量的突变，并将相同量的突变传递给它的每个后代，那么突变将不可避免地在几代人中积累起来，而该植物的后代将会死亡。相反，植物分散了它们继承的损害，因此，虽然一些后代不幸地继承了很多突变，但其他后代继承的突变却少得多。这个过程也发生在动物(包括人类)身上，称为分离。它依赖于植物在其后代之间产生随机差异。

科罗拉多研究小组负责人丹·斯隆说：“众所周知，人类的分离过程非常快，并且对人类遗传疾病的遗传有很大影响。”“值得注意的是，我们发现植物中的速度更快。”

该研究的第一作者阿曼达·布罗兹(AmandaBroz)补充道：“我们的工作确实令人兴奋，因为到目前为止，我们对这些突变在植物中的表现知之甚少。”“农业科学家最近对了解oDNA的变异感兴趣，因为线粒体和叶绿体对于植物生长和产量至关重要——我们的结果对于想要引入新的有益突变的作物育种者来说是个好消息。”

为了了解oDNA的分离，研究小组培育了继承高水平突变的植物，并跟踪这些突变如何随着时间的推移在植物中分布。然后，他们使用数学和统计模型将这些实验观察结果转化为描述植物如何随机传播其遗传损伤的理论。

他们发现，细胞分裂时oDNA的随机分布，以及一些oDNA分子被其他分子随机覆盖等过程的组合，可以解释他们对植物随着时间的推移以及从母亲到女儿的分离的所有观察结果。他们还找到了一些支持这一观点的证据，即植物在生命早期“留出”一些细胞，这些细胞最终将负责产生下一代——这一观点目前在植物科学界争论不休。

“多年来我一直梦想着探索这个过程，”卑尔根研究小组的通讯作者兼负责人伊恩·约翰斯顿说。“正是这些美丽的新植物品系、详细的实验以及现代数学和统计学的结合，才使得这一切成为可能。”

该团队的结果支持了关于有多少其他生命形式维持其发电厂的最新理论，并且可能是朝着操纵植物中的oDNA迈出的一步——这是作物育种和增产的一个重要方面。