Science：利用干细胞获得“超级水果”

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时间：2015年5月26日; K" y0 p: E8 i& s: d# U

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生物通报道：冷泉港实验室（CSHL）的科学家们在番茄中鉴定了控制干细胞生产的基因。这些基因发生突变会使番茄结出巨大的果实，比如牛排番茄（beefsteak tomato）。人们可以在此基础上调节任何果实的大小，Science网站特别刊文对此进行了介绍。  d, t2 _/ x1 |4 L0 v9 r

1 H* z) o, \. r# d原始的野生番茄只能结出橄榄大小的浆果。不过在十六世纪早期西班牙探险家将番茄带入欧洲时，人工栽培的番茄就已经相当庞大了。牛排番茄是目前最大的一种番茄，往往可以达到一磅重，被科学家们认为是自然界的怪咖。, d9 }( z. V  ~4 ], i& ^

0 `! _3 m5 x+ K! g  N$ R: {! YCSHL副教授Zachary Lippman及其同事发现，牛排番茄的大小与其生长锥（分生组织）的干细胞数量有关。数百年前番茄基因CLAVATA3自然发生了突变，导致干细胞异常增殖。人们选择这种罕见的突变进行培育，就有了我们今天的牛排番茄。这项研究发表在五月二十五日的Nature Genetics杂志上。
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与动物一样，植物干细胞也能分化成多种细胞类型，形成各种组织和器官。不过干细胞过多并不是好事，比如人体内干细胞过多会引起癌症。在植物中，干细胞生产失控会导致生长失衡威胁植物的生存，这一微妙的平衡被活性相反的基因控制。7 t$ e" @" S* f, N
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在番茄中，WUSCHEL基因促进干细胞形成，而CLAVATA基因抑制干细胞生产。一些CLAVATA基因编码位于细胞表面的受体蛋白，它们相当于锁；能够结合这些受体的一系列蛋白相当于钥匙。当锁被钥匙打开时，就会生成信号让WUSCHEL放慢速度。可想而知，如果CLAVATA基因发生改变，植物分生组织就会产生过多的干细胞。（延伸阅读：遗传学大牛Nature发表突破性成果：给转基因上保险）9 {3 q2 j7 Z4 Q% j7 I6 i$ e6 z& v9 H
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Lippman等人发现，阿拉伯糖基转移酶（AT）负责给一个CLAVATA钥匙（CLAVATA3）添加阿拉伯糖分子，这些糖分子是钥匙开锁的关键。研究显示，改变CLAVATA3上的糖分子数量，就能改变干细胞的数量。CLAVATA3一般具有三个糖分子，此时植物正常生长。如果CLAVATA3缺失一个以上的糖分子，这把钥匙就无法开锁，不能发出抑制干细胞生产的信号，导致番茄果实长得特别庞大。研究人员指出，牛排番茄就是这样形成的。/ |- Q5 u" `# K4 Q; F
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CLAVATA通路在进化上是高度保守的，存在于所有的植物中。也就是说，任何植物都存在着牛排番茄那样的生长潜力。研究人员指出，人们可以通过调节CLAVATA钥匙上的糖分子数量或者其他影响通路的组分，来自定义植物果实的大小。
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$ S' C2 v& w2 ~& @! x) dA cascade of arabinosyltransferases controls shoot meristem size in tomato. Nature Genetics

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从基因角度改变植物的生长，从而获得可结出更大果实的物种，真是很了不起！

天使心3420

这项结果，会不会影响所谓的beefsteak tomato的营养价值，并且会不会还会导致其他的基因，蛋白的突变？得到的这种个体大小改变的果实，是不是真的适合与生产应用呢？毕竟科学的研究最终都是为人类服务的。