索爾克的研究人員繪制了具有最高分辨率的轉(zhuǎn)基因植物系基因組和表觀基因組圖，為了精確地揭示插入一段外源DNA后，在分子水平上會(huì)發(fā)生什么。他們的研究結(jié)果發(fā)表在2019年1月15日的PLOS Genetics，闡明了用于修飾植物的常規(guī)方法，并為更有效地減少潛在的非目標(biāo)效應(yīng)提供了新思路。 _|#)tWy}  
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“這真是一個(gè)起點(diǎn)，表明利用最新的繪圖和測(cè)序技術(shù)來研究插入基因后的植物基因組有何變化，”霍華德醫(yī)學(xué)研究所研究員、索爾克植物分子和細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室教授、基因組分析主管Joseph Ecker說。 (l$bA_F\  
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為了基礎(chǔ)研究或促進(jìn)糧食作物健康和營養(yǎng)，當(dāng)科學(xué)家想把一個(gè)新基因插入植物中時(shí)，他們通常依靠農(nóng)桿菌來完成這項(xiàng)任務(wù)。農(nóng)桿菌是引起冠癭瘤的細(xì)菌。早在幾十年前，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一顆感染細(xì)菌的樹，細(xì)菌將它的一些DNA轉(zhuǎn)移到了樹的基因組中。從那時(shí)起，研究人員就開始利用農(nóng)桿菌的這種轉(zhuǎn)移能力（轉(zhuǎn)移DNA，T-DNA）將所需基因轉(zhuǎn)移到植物中。 T%:}/@
 
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最近，DNA測(cè)序技術(shù)暗示，當(dāng)農(nóng)桿菌T-DNA被用于植物轉(zhuǎn)基因時(shí)，它可能會(huì)對(duì)本地DNA的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)造成額外的改變。 h<}4mo_$  
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“生物技術(shù)公司花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力來描述轉(zhuǎn)基因植物的特征，忽視哪些有不必要的改變的候選者——從生物學(xué)的基本觀點(diǎn)來看——這些改變?yōu)樯稌?huì)發(fā)生？”Ecker說�！拔覀兊男路椒ㄌ峁┝� 一種更好地了解這些影響的窗口，并有助于加快（育種）進(jìn)程。” O6m}#?Ai/@  
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“最大的未知是T-DNA以多少拷貝插入，是否如你所愿，”前索爾克研究助理，現(xiàn)在在拜耳作物科學(xué)公司工作的Florian Jupe說。 M,7v}[Tbl  
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由于T-DNA可以將所需基因的許多拷貝整合到植物中，而大多數(shù)技術(shù)都難以對(duì)高重復(fù)片段進(jìn)行測(cè)序，因此很難用標(biāo)準(zhǔn)的DNA測(cè)序來研究最終結(jié)果。但是，Ecker和同事們轉(zhuǎn)向了一種新的組合方法——光學(xué)測(cè)繪和納米孔測(cè)序——來觀察高分辨率的長拉伸。他們將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于擬南芥的四個(gè)隨機(jī)選擇T-DNA系，這些植物源于大量的T-DNA插入突變體，這些突變體通常是以擬南芥轉(zhuǎn)化法（或稱花器浸蘸法）來研究基因功能而產(chǎn)生的。 6
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光學(xué)測(cè)繪顯示，這些植物的基因組中有1到7個(gè)不同的插入或重排，相差尺寸最高可達(dá)10倍。納米孔測(cè)序和兩系基因組重構(gòu)證實(shí)了單堿基分辨率的插入，包括在所選系的染色體之間交換或易位的整個(gè)DNA片段�；�因插入本身表現(xiàn)出多種模式，插入的DNA片段有時(shí)會(huì)混亂，倒置甚至沉默。 <Nkj)`%5iK  
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“這項(xiàng)研究在一年前還是不可能的，”文章共同一作Todd Michael說�！凹{米孔測(cè)序被有些人稱作DNA測(cè)序的‘圣杯’，它已經(jīng)徹底改變了基因組中最復(fù)雜區(qū)域的解讀，這些區(qū)域直到現(xiàn)在都是完全不可接近或未知的。” VRT| OUq  
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最后，當(dāng)研究人員檢查遺傳物質(zhì)壓縮包——組蛋白時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了額外的變化。組蛋白將DNA包裝成結(jié)構(gòu)單元，組蛋白修飾介導(dǎo)了一個(gè)基因是否可以被細(xì)胞利用（屬于一種被稱為表觀遺傳學(xué)的調(diào)節(jié)水平）。根據(jù)T-DNA整合的位置，其附近的某些組蛋白修飾出現(xiàn)或消失了，話句話說，這可能改變附近其他基因的調(diào)節(jié)或激活。 Y>IEB,w  
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“現(xiàn)在我們對(duì)T-DNA插入如何塑造局部表觀基因組環(huán)境有了第一手高分辨率的資料，”文章共同作者 Mark Zander說。研究人員說，在一個(gè)理想的世界里，T-DNA會(huì)插入一個(gè)單一的、功能性的所需基因拷貝，而不會(huì)對(duì)植物基因組產(chǎn)生任何副作用。研究結(jié)果表明，在擬南芥中反而很少出現(xiàn)這種理想情況。該方法為更好地理解和監(jiān)測(cè)異樣影響提供了一條途徑。 1YQ|KJ*K