一万年前,一个黄金谷物裸子,让人们在一起,并逐渐成为世界上最大的农产品。
现在,大学麦迪逊分校的研究人员发现,仅仅一个字母改变玉米的遗传脚本的祖先,墨西哥类蜀黍的帮助下,使这一切成为可能。
发表在《遗传学》这个月,威斯康辛大学麦迪逊分校教授约翰·Doebley和一组研究人员描述,在玉米的驯化,单个核苷酸的改变墨西哥类蜀黍颖建筑基因(tga1)剥离困难,不能吃的野草套管,最终暴露食用黄金内核。
“世界的很大一部分是在经济上依赖于农作物和了解它建于10000年前的不仅仅是智力上的满足,“Doebley说。他漫长的职业生涯,他一直在研究进化的玉米,玉米生长的植物。“它告诉我们一些关于这个基因变化是多么的重要。”
看到并排,玉米和墨西哥类蜀黍看起来并不像他们属于同一家族树。墨西哥类蜀黍是分支和浓密的;它微乎其微的“耳朵”拥有较强的相似性小麦和只包含10到12个内核。与此同时,玉米高,包含成百上千的内核跟踪和增长巨大的耳朵。然而Doebley年前追踪研究玉米的根杂草丛生的形式的墨西哥西南部墨西哥类蜀黍在一个山谷之中。
“最大的问题是,当我们看窗外,看到一个多样的形式在我们周围的植物和动物,
基因发生改变,是什么让这一切发生?”Doebley说。“两个紧密相关的植物,为什么他们有不同形状的叶子,或两个人,为什么一个高一点?”
答案往往在于突变,进化的货币。有时单一字母改变基因组的一个物种,而其他时候,整个段落取消或移走。有时,这些变化不改变故事的意义,而其他时候。当这些改变是有益的,改变复制生存时间的考验。有时这意味着创建一个全新的物种。
在玉米、驯养它对食物的过程中,人类决定哪些突变是好的,哪些消除他们种植更多的植物优先。先前的研究从Doebley实验室确认tga1基因是负责从包裹过渡到暴露内核,但直到现在,没有人知道如何。
研究团队开始与信息:有六个潜在的突变基因,可以解释的变化。研究人员调查了这些犯罪嫌疑人通过研究大量的玉米和墨西哥类蜀黍基因组,得知只有一个突变一直两个工厂之间的不同。
“知道是重要的,我们试图描述它如何改变了基因的功能,“Doebley说。
团队了解到单字母的变化导致了差异蛋白质由tga1。提供制造蛋白质的编码基因,细胞的机器,做这项工作。然后研究人员开展了一系列研究来确定,改变蛋白质的运作。
“一系列的实验表明,这种特殊的基因,tga1,是主监管基因A管弦乐队的指挥,“Doebley说。蛋白质由墨西哥类蜀黍的众多特点确定哪些基因影响其他基因的开启和关闭。通过改变基因,因此,蛋白质,售票员的突变改变了方法是领导个人音乐家,影响整个乐团。
“每个音乐家是一个目标基因和售票员告诉每一个玩什么以及如何响亮,“Doebley说。
在这个实例中,突变导致导体安静的音乐家,这阻止了fruitcase从墨西哥类蜀黍周围的内核,而是穿梭核心,或结实的耳朵。
“那么,内核最终裸子,发现和暴露表面的玉米棒,吃掉,”Doebley说。这使得玉米成为贸易和维持的司机全世界数十亿人与动物。
研究还有助于告知现有问题演化世界什么样的基因变化导致物种的形式和功能产生巨大的差异。这些变化首先激发查尔斯·达尔文考虑适应性evolution-evolution由自然选择和他的想法,也研究了驯化的植物和动物在他的结论。威斯康辛大学麦迪逊分校的遗传学教授Sean Carroll适应性进化的研究。
进化的玉米,一个小变化在DNA导致很大的变化形式,和改变单个蛋白质的功能控制基因的行为导致了戏剧性的效果。
“我在研究生院的时候,一点也不像有成功的可能,“Doebley说。“我们甚至不知道基因是一个定义的操作单元,以特定的方式表现在分子水平上,现在我们可以…发现这些基因控制一个物种的差异。在过去的50年,我们获得了能力回答生物问题和深刻的变化方式,我压根就没想过。”