植物对突变损害的巧妙防御

　　没有植物的线粒体和叶绿体，人类活不了多久。众所周知，这些植物细胞的基本部分可以捕捉阳光并为植物提供能量——因此，最终提供了我们所吃的所有食物。但有一个问题:线粒体和叶绿体在它们自己的“细胞器”DNA或oDNA中储存了构建它们的指令，这可能会发生突变。你可以在一些“杂色”植物身上看到轻微的影响，它们的叶子会变白，失去光合作用的能力(见图)。在花园里很漂亮，但对庄稼不好。

　　卑尔根大学和科罗拉多州立大学的一项合作为这个问题提供了新的线索。也许令人惊讶的是，答案是——部分地——利用随机性。

　　如果一株植物从它的母亲那里继承了一定数量的突变，并将相同数量的突变传递给它的每一个后代，那么突变将不可避免地在几代之后积累起来，而该植物的后代将会死亡。相反，植物将它们遗传的损害扩散开来，因此，尽管一些后代不幸遗传了很多突变，但其他后代遗传的突变却少得多。这个过程——也发生在动物(包括人类)身上——被称为分离。它依赖于植物在其后代之间产生随机差异。

　　科罗拉多研究小组的负责人丹·斯隆(Dan Sloan)说:“众所周知，人类的分离过程非常快，对人类遗传疾病的遗传有很大影响。”“值得注意的是，我们发现在植物中它甚至更快。”

　　该研究的第一作者阿曼达·布罗兹补充说:“我们的工作非常令人兴奋，因为到目前为止，我们对这些突变在植物中的行为知之甚少。”“农业科学家最近开始对了解dna的变异感兴趣，因为线粒体和叶绿体对植物的生长和产量至关重要——我们的结果对想要引入新的有益突变的作物育种家来说是个好消息。”

　　为了了解oDNA的分离，研究小组培育了遗传了高水平突变的植物，并追踪了这些突变是如何随着时间的推移在植物中分布的。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理论，描述植物是如何随机传播其遗传损害的。他们发现，细胞分裂时oDNA的随机分布，以及一些oDNA分子与其他分子的随机覆盖，这些过程的组合可以解释他们观察到的植物随着时间的推移和从母亲到女儿的分离。他们还发现了一些支持植物在生命早期“留出”一些细胞最终负责产生下一代的观点——这一观点目前在植物科学中备受争议。

　　“多年来，我一直梦想着探索这一过程，”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生产线、详细的实验以及现代数学和统计学的结合，才使这一切成为可能。”

　　该小组的研究结果支持了最近关于有多少其他生命形式维持它们的发电厂的理论，并且可能是朝着操纵植物中的oDNA迈出的一步——这是作物育种和提高产量的一个重要方面。

　　这项研究得到了欧洲研究委员会、国家科学基金会和Peder Sather基金的支持。