美國(guó)威斯康星大學(xué)的研究人員分離并鑒定出3個(gè)鄰近基因，這些基因使大豆能夠抵抗最具破壞性的病害。這些基因在染色體的某一段被稱為Rhg1的結(jié)構(gòu)上并排存在，但是只有這一段在植物中被復(fù)制若干次之后植株才能產(chǎn)生抗性。
 
    “根據(jù)世界范圍內(nèi)多年來(lái)的大豆的產(chǎn)量損失情況來(lái)看，大豆孢囊線蟲是大豆上最重要的病害，”威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的植物病理學(xué)教授高級(jí)作者安德魯·本特說(shuō)。“世界上的人口正由60億激增至90億，當(dāng)我們?cè)囍B(yǎng)活全世界的人口時(shí)，大豆可作為蛋白質(zhì)和食用油的最重要來(lái)源之一。”
 
    “線蟲是頑強(qiáng)的對(duì)手，能在土壤中存活數(shù)年，高毒且持效期長(zhǎng)的化學(xué)藥品才能殺死它。”本特說(shuō)。培育具有Rhg1這一遺傳結(jié)構(gòu)的大豆是防治孢囊線蟲的首選防御措施，此類品種現(xiàn)已在全世界數(shù)百萬(wàn)英畝的土地上種植。但是直到現(xiàn)在，科學(xué)家對(duì)Rhg1 如何起作用知之甚少。不過(guò)最近在《科學(xué)》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，本特、研究生大衛(wèi)·庫(kù)克和包括伊利諾斯大學(xué)的馬修·哈得孫在內(nèi)的合作者揭示出Rhg1實(shí)際上包含了3個(gè)基因，這些基因共同起作用使大豆對(duì)線蟲產(chǎn)生抗性。雖然Rhg1的單拷貝不能使植物產(chǎn)生抗性，但具有10個(gè)此種三基因結(jié)構(gòu)的拷貝的植物在被線蟲侵染地塊中長(zhǎng)勢(shì)良好。鑒定這些抗性基因?qū)⒂兄谥参镉N家迅速地鑒定抗性植物，加速培育更抗線蟲的大豆品種。生物技術(shù)學(xué)家現(xiàn)在也可以利用這些基因提高大豆對(duì)線蟲的抗性。
 
    “這一新發(fā)現(xiàn)值得重視，不僅僅是因?yàn)镽hg1能控制一種每年在美國(guó)導(dǎo)致超過(guò)十億美元大豆產(chǎn)量損失的病害，”本特表示。“彼此相鄰的若干基因都控制相同的性狀，這在微生物和真菌中確實(shí)常見，但在多細(xì)胞高等生物中則非同尋常。”
 
    其次，雖然“多個(gè)拷貝數(shù)”現(xiàn)象——DNA片段的重復(fù) —— 以前也發(fā)現(xiàn)過(guò)，“但此次的發(fā)現(xiàn)證明，事實(shí)上，多拷貝使基因變得高效。”
 
    再次，多拷貝涉及的是一個(gè)三基因的序列，而非單個(gè)基因。“我們知道基因被復(fù)制，但如此小的基因區(qū)域被多次復(fù)制，這很不尋常，”本特說(shuō)。“這是一種奇特的結(jié)構(gòu)。”對(duì)于這三個(gè)基因如何擊敗線蟲等諸多細(xì)節(jié)問(wèn)題還有待解決。因?yàn)槠渲械?個(gè)基因參與將化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)部和在細(xì)胞之間轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程，“一種易于得出的推論便是植物運(yùn)送的物質(zhì)存在差異，”本特說(shuō)，“但是我們不知道這種化合物對(duì)線蟲是有毒或者是線蟲需要的。我們無(wú)法肯定是否植物毒死了線蟲。也許它不能與依賴植物化學(xué)物質(zhì)生存的寄生蟲共存。”
 
    “顯然，是三基因結(jié)構(gòu)的多拷貝使得大豆產(chǎn)生抗性，”本特說(shuō)。“我們有證據(jù)證明是這三個(gè)基因的高水平表達(dá)使得植物產(chǎn)生抗性”而非基因突變。“事實(shí)是基因產(chǎn)生更多的產(chǎn)物，增強(qiáng)了植物的抗性。”更廣義來(lái)講，多基因拷貝越來(lái)越常見，因此，多基因重復(fù)卻只有單一功能也會(huì)越來(lái)越常見。 “隨著基因測(cè)序變得更便宜、更快捷，人發(fā)現(xiàn)此類拷貝數(shù)的變化比我們猜測(cè)的要平常得多，尤其是在植物中，”本特說(shuō)。“現(xiàn)在，我們有了一個(gè)有用性狀的實(shí)際例子可用來(lái)解釋，因?yàn)楹袛?shù)個(gè)活躍基因的遺傳結(jié)構(gòu)的拷貝數(shù)是變化的。”