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草甘膦是一种广泛使用的广谱除草剂

William T. Molin(美国密苏里州斯通维尔市农业农业研究服务部)与Allison Yaguchi,Mark Blenner和Christopher A.Saski(南卡罗来纳州克莱姆森大学)合作,对染色体外DNA复制子的结构进行了测序和解剖。奠定了帕尔默a 菜(Amaranthus palmeri)对除草剂草甘膦的抗性的分子和生化基础。这项工作有助于我们了解植物的适应性进化,并且对优化环境中的农药使用具有重要意义。

草甘膦是一种广泛使用的广谱除草剂,既针对阔叶植物又针对草(双子叶植物和单子叶植物)。它通过抑制仅在植物和某些细菌中发现的5-烯丙基丙酮酸shi草酸酯-3-磷酸合酶(EPSPS)来杀死植物。EPSPS是生物合成必需氨基酸的关键酶,并且是除草剂的理想目标,因为动物和人类使用对草甘膦不敏感的另一种酶来实现相同的功能。一些植物,包括棕榈农杆菌,可以通过在草甘膦胁迫期间大量提高EPSPS基因的表达,从而在系统中充满额外的EPSPS酶,从而抵消除草剂的作用,从而对草甘膦毒性产生抗性。

增加基因的更多拷贝是增加基因表达的一种可能方法:基因或基因簇的扩增现象是动植物,微生物中常见的避免压力的机制,在这里发挥了作用。扩增的基因通常包含在染色体外环状DNA(eccDNA)片段中,该片段称为复制子,是在生物体内正常线性染色体外部维持和复制的DNA环。在人类中,eccDNA是许多癌症以及与发育缺陷和过早衰老相关的多种疾病的普遍特征。在这种情况下,eccDNA携带致癌基因和其他基因,可以促进患病细胞的存活和增殖。

Molin等。提供eccDNA的完整序列复制负责草甘膦抗性A. palmeri,揭示其结构组织和基因组内容,并研究使其能够在多代中复制并持久存在于基因组中的某些特征。发现eccDNA复制子包含59个基因,其中的一个子集(包括EPSPS基因)在用草甘膦处理抗性植物后显示出更高的表达。除了存在扩增的基因外,eccDNA结构还包括重复序列和移动遗传元件(所谓的转座元件)的复杂排列,它们可能会基于与其他eccDNA的类比作用在其维持和复制中发挥作用。作者克里斯托弗·萨斯基(Christopher Saski)指出:“ eccDNA复制子的DNA含量很复杂。很难对该元素进行测序,

自从1970年代引入草甘膦以来,抗草甘膦杂草的兴起已成为农业环境中日益严重的问题。启动此项目的原始抗草甘膦a菜杂草植物是从大豆田收集的,该大豆田常规喷洒了十年的除草剂。此eccDNA复制子的起源尚不清楚,但可能是转座因子激活和基因组改组的结果,而草甘膦的使用可能推动了转座子激活和基因组改组。也就是说,像植物A. palmeri包含eccDNA能够生存和繁殖,其中草甘膦被频繁使用; 此外,草甘膦胁迫可能会促进转座因子的活化影响eccDNA的形成和活性。了解eccDNA复制子的完整基因组结构和功能将有助于我们了解草甘膦抗性在植物中如何发展和进化,并有助于进一步完善除草剂处理策略并抵抗抗性杂草的生长。

作者还确定了与eccDNA拴系到染色体一致的结构特征,这可能有助于在正常细胞有丝分裂期间维持该片段。未来的工作将集中在eccDNA如何在植物细胞中自我复制,并确定复制子的基本功能元件。萨斯基说,这一发现可能会导致“基因组工程的新方法,以及在核基因组之外表达有用的农艺性状的可能性”。

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