新组合的后代比亲本植物更有活力和生产力。
新的嫁接植物——由经过表观遗传修饰以“相信”它一直处于压力之下的砧木组成——与未经修饰的接穗或地上枝条相结合，产生比亲本植物更有活力、生产力和弹性的后代。
这是一组研究人员的惊人发现，他们在多个植物世代的三个相隔很远的地方对番茄植物进行了大规模的田间试验。他们认为，这一发现来自宾夕法尼亚州立大学、佛罗里达大学和内布拉斯加州一家小型初创公司的合作，对植物育种具有重大意义。
参与研究的嫁接番茄植物产生的种子产生的后代平均产量提高了 35%。在这项研究中，这种生长活力在后代中持续了五代。学分：宾夕法尼亚州立大学
由于该技术涉及表观遗传学——操纵现有基因的表达，而不是从另一种植物中引入新的遗传物质——使用该技术培育的作物可以回避与转基因生物和食品相关的争议。这是研究团队负责人、宾夕法尼亚州立大学农业科学学院植物科学教授、埃伯利科学学院生物学教授 Sally Mackenzie 的希望。
设置表观遗传修饰的番茄植物……研究人员认为，这是第一次真正证明农业上适合的表观遗传育种方法。他们说，该技术已准备好由农业植物育种者立即部署。学分：宾夕法尼亚州立大学
“虽然我们用番茄做这个，但它可以用任何植物做，”她说。 “我们认为这项研究代表了显示作物表观遗传育种潜力的重大突破。之后，面对气候变化，它将对树木和森林产生重大影响。”
在宾夕法尼亚州立大学 Mackenzie 研究小组之前进行的研究的基础上，砧木来自番茄植物，研究人员在番茄植物中操纵了一种名为 MSH1 的基因的表达，以诱导“压力记忆”。这种记忆会被一些后代继承，使他们有可能获得更旺盛、更顽强和更富有成效的成长。
MSH1 基因使研究人员能够访问控制广泛的植物弹性网络的途径，Mackenzie 解释说，他是功能基因组学的 Lloyd 和 Dottie Huck 主席兼宾夕法尼亚州立大学植物研究所所长。 “当植物经历干旱或长时间极端高温等压力时，它有能力迅速适应环境，从而在表型上变得‘可塑性’——或灵活，”她说。 “而且，事实证明，它‘记得’。”
那些“被记住”的特征从根部通过嫁接传递到植物顶部的发现——今天（2020 年 10 月 22 日）发表在 Nature Communications 上 ——非常重要，麦肯齐指出。她指出，参与研究的嫁接番茄植物产生的种子导致后代的平均产量提高了 35%——这是一个惊人的结果。在研究中，这种生长活力在后代中持续了五代。
生物学助理研究教授杨晓东（左）和最近完成博士学位要求的 Hardik Kundariya 在 Mackenzie 实验室领导了该项目，以展示表观遗传操作对植物性能的影响。在这里，他们展示了评估表观遗传修饰的拟南芥植物的生长变化。学分：宾夕法尼亚州立大学
据麦肯齐说，这些植物也更耐寒。在 2018 年宾夕法尼亚州立大学拉塞尔 E.拉森农业研究中心的一项研究中，8 月份的暴风雨降雨量超过 7 英寸，淹没了番茄田。汇集的水消灭了其他研究试验中的植物。然而，作为具有表观遗传操作砧木的嫁接植物的后代的植物大多存活下来——然后它们茁壮成长。
在加利福尼亚州和佛罗里达州进行的其他田间试验中，嫁接植物的后代也表现出优异的生存能力。
Mackenzie 说，这项研究首次真正展示了农业上可行的表观遗传育种方法，并补充说该技术已准备好立即部署。
“我们所做的一切，农业中的任何植物育种者都可以做到，现在我们已经大规模地证明了它具有农业价值。它已经准备就绪——育种者可以阅读相关信息并实施该系统来改进他或她的品种，”Mackenzie 说。
参考：“通过嫁接 MSH1 诱导的可遗传增强的生长活力与植物中的 RdDM 途径相关”，作者：Hardik Kundariya、Xiaodong Yang、Kyla Morton、Robersy Sanchez、Michael J. Axtell、Samuel F. Hutton、Michael Fromm 和 Sally A.麦肯齐，2020 年 10 月 22 日，Nature Communications .
DOI：10.1038/s41467-020-19140-x
参与宾夕法尼亚州立大学研究的还有：生物学教授 Michael Axtell；杨晓东，生物学助理研究教授； Robersy Sanchez，生物学副研究教授；和 Hardik Kundariya，生物学研究生；塞缪尔·赫顿，佛罗里达大学；以及内布拉斯加州林肯市 EpiCrop Technologies 公司的 Michael Fromm 和 Kyla Morton。
这项工作得到了美国国家科学基金会、美国国立卫生研究院和美国农业部国家粮食和农业研究所的资助。
