申燕紅

于棉花價(jià)格下滑和氣候變幻化莫測等因素，美國棉農(nóng)舉步維艱。得州州立大學(xué)奧斯汀分校的一項(xiàng)新研究則可能為美國棉花產(chǎn)業(yè)帶來曙光。研究的初步成果是：通過一個(gè)表觀遺傳改良過程，培育出品質(zhì)更優(yōu)、產(chǎn)量更高的棉花。

該研究由美國得克薩斯州農(nóng)工大學(xué)和中國南京農(nóng)業(yè)大學(xué)分子生物科學(xué)系植物分子遺傳學(xué)專家教授——陳增建先生（Z Jeffrey Chen）帶領(lǐng)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)聯(lián)合實(shí)施，受美國國家科學(xué)基金和中國國家自然科學(xué)基金資助，其成果已發(fā)表在中國《基因組生物學(xué)》雜志上。

此項(xiàng)研究基于近幾十年的研究成果。在此之前，科學(xué)家就已發(fā)現(xiàn)：生物的諸多性狀不僅受其基因的控制，也受除DNA以外的外界演化過程控制。而這種決定基因可識(shí)別與否、識(shí)別時(shí)間和數(shù)量的過程則屬于表觀遺傳學(xué)的范疇。這一發(fā)現(xiàn)，為探索生物的全新培育方法提供了可能性。育種者可通過有選擇地控制基因識(shí)別的開啟和關(guān)閉，在未改變基因的情況下，培育出新品種。

在該項(xiàng)研究中，研究人員從野生棉花和經(jīng)過人工培育的棉花中，識(shí)別出超過500種經(jīng)過表觀遺傳改良的基因。其中一些基因與人們已知的農(nóng)藝和馴化特征有關(guān)聯(lián)，這些基因信息有助于選擇所需改變的性狀，進(jìn)行識(shí)別性遺傳改良。例如可通過此技術(shù)，使纖維實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)或具有抗旱、耐熱或抗蟲害的特性。又如，野生棉花品種可能攜帶抗旱基因，但在人工培育的棉花上表觀遺傳處于未表達(dá)狀態(tài)，而通過此技術(shù)，就能使已馴化的棉花更具抗旱特性。

專家表示，將兩種方法結(jié)合在一起，既能增加對(duì)表觀遺傳的認(rèn)識(shí)，又將有利于表觀遺傳育種對(duì)遺傳育種方法進(jìn)行補(bǔ)充。由于已知表觀遺傳變化如何影響開花和應(yīng)激反應(yīng)，育種者就可重新激活已在人工培育的棉花中應(yīng)激反應(yīng)基因。

在該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)中產(chǎn)生了一種“甲基”，即DNA甲基化。這種甲基化就是一系列通過自然的閉合過程，使遺傳基因開啟或關(guān)閉的因素。甲基化為那些想通過表觀遺傳改良技術(shù)改良物種的生物科技公司提供了重要線索。這種甲基化涵蓋了最為廣泛種植的棉花品種，包括陸地棉和美國棉，也包括近親品種如皮馬或埃及棉，以及野生近緣種。從甲基化中可看出這些植物在100萬年的時(shí)間里的表觀遺傳變化。

獲知進(jìn)化和人工培育過程中甲基化的改變將有助于進(jìn)一步推動(dòng)表觀遺傳改良技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。就如何實(shí)現(xiàn)基因甲基化改良的問題上，現(xiàn)代育種者可用化學(xué)物質(zhì)或優(yōu)化的基因編輯技術(shù)（如CRISPR / Cas9）改良基因甲基化。兩種方法均可使育種者對(duì)植物的表觀基因組進(jìn)行有針對(duì)性的改良，并培育出具有更優(yōu)性狀的新品種。

表觀遺傳育種不僅可應(yīng)用于棉花，還可用于許多其他作物，如小麥、油菜籽、咖啡、土豆、香蕉和玉米。

棉花是最大的纖維作物，世界上有150多個(gè)國家參與棉花進(jìn)出口。在美國經(jīng)濟(jì)中，棉花所帶動(dòng)的產(chǎn)值年收入逾1000億美元，是美國第一大增值作物。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在野生品種組合形成雜交種，雜交品種適應(yīng)其環(huán)境變化，最后在被人類培育的過程中，DNA甲基化也隨之發(fā)生變化。該團(tuán)隊(duì)的這一發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要，因?yàn)槊藁◤囊环N最初僅能在熱帶地區(qū)生長的植物變?yōu)榭稍谑澜绺鞯貜V泛生長的植物，其原因不是基因變化，而是表觀遺傳性質(zhì)的改變。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，野生棉花含有一種甲基化基因，有防止棉花在白晝較長的季節(jié)里開花，包括美國和中國的許多地方，在夏季白晝都較長。在種植棉花中，相同的基因失去了這種甲基化，允許這種基因被識(shí)別，而這種表觀遺傳的改變，使棉花得以在全球廣泛種植。此研究基于當(dāng)前美國（或高原）最完整的棉花遺傳序列圖進(jìn)行的，這份序列圖是中國專家和他的合作者在兩年前研發(fā)成功的。

棉花的培育可追溯到150多萬年前。那時(shí)，兩種不同的野生作物種被人類漸漸培育成一種雜交，人類最終促成了現(xiàn)代陸地棉和皮馬棉的發(fā)展。專家發(fā)現(xiàn)，今天類似的雜交中的DNA甲基化，也存在于野生和人工培育棉花中，這表明，這些變化貫穿于進(jìn)化、選擇和培育過程始終。西方育種專家擔(dān)心，現(xiàn)有的改良可能導(dǎo)致再培育棉的退化，而這一發(fā)現(xiàn)，能大大消除他們的疑慮。

世界棉花研究權(quán)威認(rèn)為，表觀遺傳改良棉是一種全新的突破。它不僅改變了人類過去的單一改良法，而且在培育新品種上闖出了一條新路，使人類從此有了另一種培育方法。

（據(jù)印度近期《纖維與時(shí)尚》和《時(shí)尚世界》http：//www.fibre2fashion.com/news/cotton-news/epigenetic-modification-for-better-cotton-coming-up-206130-newsdetails.htm；http：//www.fashionatingworld.com/new1-2/first-step-taken-toward-epigenetically-modified-cotton）endprint