hosoba toge toge: 阿拉伯芥中一個與 T-DNA 插入有關的大片段染色體缺失所造成的突變症狀

  • Post by Chen (Benjamin) Hsieh | 謝晨
  • Sep 03, 2020
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應用農桿菌 T-DNA 插入基因體中的特性使被插入的植物基因失去功能,是被廣泛運用的製造突變株以探索基因功能的研究方式。這篇研究中的突變株在 T-DNA 被插入的位置也丟失了一大段序列,約莫 75.8 kbp 的 deletion,喪失了十幾條基因,因此有著相當奇特的生長反應。研究團隊由外表型態差異一路追蹤到了缺失的基因,並搭配與其他突變株雜交檢測是否能互補恢復性狀,以驗證基因與外表型的關聯。

論文速讀

營養生長階段

hosoba toge toge 突變株簡稱 hot,圖一中 hot 的營養生長階段看起來就相當弱勢,子葉的大小雖然不受影響,第一對葉片與根部的生長速度慢很多,葉片比野生型狹窄,根部無法穿透培養基,葉片上的毛狀體分岔比野生型多。部分量化結果在圖二中。

不正常的環境反應刺激

由於作者覺得該突變株與另一個 pointed first leaves (pfl) 有相似之處,懷疑他們的性狀都是因為頂端分生組織生長不良,才進一步造成根部的發育不良。為了驗證這個假說,圖二中可見作者將植物頂端移除,野生型還會繼續生長,突變株的生長在頂部移除之後則完全停滯,沒有移除頂部的突變株根部尖端則開始不正常膨大。作者又提了另一個思路,因為乙烯會抑制根部生長,因此測試突變株在不同的乙烯前驅物、乙烯抑制劑處理下有什麼生長差異,結果唯一的差異是植物對重力有不同的反應,外施 ACC 乙烯前驅物的突變株對重力改變的反應會比較差,作者在圖四中用了一種比較有趣的方式來呈現這一差異。

生殖生長階段

大部分突變株在進入生殖生長階段前會分岔生長,像是圖五的D中冒成兩叢才開始抽長花梗,因此傳統的以開花前葉片數量反應開花所需時間的方法並不管用,畢竟分岔成兩叢的個體葉片數量可能是單叢的兩倍以上(表一),每一叢也會生長出多根花序。花瓣花萼與葉片一樣都比野生型狹窄,腋生的枝條形成像是屋簷一樣的形狀。

突變位點分析與刪除片段的基因

作者在圖六中展示用 TAIL-PCR 找到 T-DNA 插入之處,T-DNA 造成大片段丟失在當時應該是相當新奇,兩側序列的狀況也不是典型的 T-DNA 插入狀況,在應該是 RB 的位置沒有 RB 序列,卻有兩段重複的序列,而 LB 位置則與野生型有相當高的同源性。

研究團隊將丟失片段進行了詳細的序列分析,註解了十五個可能的基因,其中 FT 與 FAS1 的缺失是造成外表型態差異的主要基因,包括晚開花、生長弱勢、分岔的發育特性。而其餘十三個基因沒有深入的研究,加上這些基因在基因體中都有其他的同源基因存在,可能可以彌補缺失的功能,因此沒有辦法觀察到他們的功能對外表型態造成的影響。

讀後感

這篇文章展現出了研究團隊對一個突變株進行透徹全面的調查,從基本的不同階段的外觀報導、到不同刺激與處理下的反應差異,相當令人敬佩的職人精神,也提醒了我們有時候認為突變株沒有外表型差異可能只是我們觀察力不足。文章後半的序列分析在現代看來不是很適用,不過從外表型態回推可能需要追蹤的基因的邏輯推理思考還是值得學習。

論文下載連結:https://academic.oup.com/pcp/article/41/9/1055/2329570

Hidetaka Kaya, Shusei Sato, Satoshi Tabata, Yasushi Kobayashi, Masaki Iwabuchi, Takashi Araki, hosoba toge toge , a Syndrome Caused by a Large Chromosomal Deletion Associated with a T-DNA Insertion in Arabidopsis, Plant and Cell Physiology, Volume 41, Issue 9, 15 September 2000, Pages 1055–1066, https://doi.org/10.1093/pcp/pcd032