Science：抗病“亲兄弟”并肩上阵

大豆是重要的粮食作物，近日科学家们发现了赋予大豆重要抗性的三个相邻基因。研究显示，这些基因肩并肩排列在大豆染色体上，只有当这种三基因结构复制数次之后，大豆才会获得抗性。“从产量损失来看大豆胞囊线虫是最重要的大豆病害，年复一年这种病害在世界范围内造成了巨大的损失，”文章资深作者，威斯康辛大学植物病理学教授Andrew Bent说。“现在世界人口已经从六十亿增加到将近九十亿，而大豆是我们最重要的蛋白和食物来源之一。”

对于大豆来说线虫是一个很棘手的天敌，线虫能够在土壤中生存多年，而针对线虫的杀虫剂毒性很高对环境的影响也很久。目前较好的办法是种植基因组中含Rhg1的大豆来抵御胞囊线虫，这种大豆目前在世界上的种植面积已经达到数百万英亩。

不过迄今为止，科学家对于Rhg1的作用原理还知之甚少。本期Science杂志上发表的这项研究显示，Rhg1实际上含有三个基因，这些基因共同作用使大豆获得抵御胞囊线虫的能力。而且一个拷贝的Rhg1还不足以使植物具有抗性，这种三基因结构至少要10拷贝以上才能使大豆在线虫感染的环境中生长良好。Rhg1能够控制目前造成巨大损失的大豆病害，每年这一病害在美国造成的损失超过十亿美元，这就使这项研究格外有意义。“在微生物和真菌中，多个相邻基因共同控制同一性状的现象很普遍，但这在多细胞高等生物中就很少见了，”Bent说。

人们已经不是第一次发现基因拷贝数影响性状的现象了，这项研究再次证明是基因的多重拷贝赋予了基因实际效力。这次多拷贝现象涉及的不是单个基因而是三个基因序列，研究人员认为这很罕见，并将其形容为“奇怪的结构”。

这种结构的详细作用机理，还有待进一步研究。研究人员指出，由于其中有两个基因涉及在细胞间转运化合物，“显而易见，可能这三个基因使植物运输的物质发生了改变，”Bent说，“不过我们还无法确定转运发生改变的物质，不能就此断言植物是否产生了对线虫有害的物质。”研究证据显示，这种三基因结构的拷贝数量使大豆得以抵抗线虫。基因并没有突变，而是三个基因共同高表达赋予了大豆抗性。研究人员认为基因产物增多是抗性产生的原因。这一发现将帮助大豆种植者们快速识别抗性植株，加速培育具有更强线虫抗性的大豆品种。人们渐渐发现拷贝数突变现象比预想的要要普遍得多，尤其是在植物中。Bent认为一连串基因的拷贝数决定同一功能的现象可能也不是昙花一现的特例，“有没有可能这只是冰山一角？是否还有大量这样的现象存在，只是我们还没有发现？”