春季，天氣日漸溫暖起來，很多“沉睡中”的小草也感受到了這種溫暖，迫不及待的綻放出笑容來。在這些探頭探腦的小傢伙中，就出現了擬南芥的身影，它比油菜花矮半截，卻也依然在努力的生長著。
但是，你可別小瞧這棵小草，在植物學家的眼裡，這可是“明星植物”，有科學家把它稱為“植物中的果蠅”。在植物遺傳學研究方面，它可是做出了很多了不起的貢獻。
"春季，天氣日漸溫暖起來，很多“沉睡中”的小草也感受到了這種溫暖，迫不及待的綻放出笑容來。在這些探頭探腦的小傢伙中，就出現了擬南芥的身影，它比油菜花矮半截，卻也依然在努力的生長著。
但是，你可別小瞧這棵小草，在植物學家的眼裡，這可是“明星植物”，有科學家把它稱為“植物中的果蠅”。在植物遺傳學研究方面，它可是做出了很多了不起的貢獻。
圖1 實驗室中生長的擬南芥自然品系和其所結種子
擬南芥的前世今生
擬南芥（Arabidopsis thaliana），又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草，屬雙子葉植物十字花科擬南芥屬，自然分佈區廣佈非洲和近乎整個亞歐大陸。
很久很久以前，擬南芥只是馬路邊一種很不起眼的雜草。1905年，當時還在讀博士的德國植物學家Laibach在德國伯恩和林堡附近發現了它，採集後用於博士期間的染色體計數研究。1943年，Laibach發現和總結了諸多擬南芥的優點：
第一，比較好養，給點陽光、澆點水就能活；第二，基因組背景比較簡單，開展雜交、基因等研究相對較容易；第三，生活週期短，從發芽到結種子一般只要不到2個月的時間，也被稱為“短命植物”，好處是很快就可以拿到實驗結果；第四，種子數量多，雜草的種子一般都很多，一株可以產生幾千甚至上萬粒種子，都說“野火燒不盡，春風吹又生”，就是因為後代比較多，總有那麼一部分可以先躲過惡劣的環境，條件允許的時候再冒出來；第五，易雜交，雖然是自交植物，但是別人的花粉咱也接受；第六，易獲得突變體。
基於以上這些優點，Laibach就提議將擬南芥作為植物科學研究的模式植物。但是，由於當年Laibach還是一位博士生，研究的還是“沒有什麼用處”的小草，這個提議很自然地就被忽略了，在很長的一段時間裡並沒有得到科學家們的廣泛認可。不過作為第一個吃螃蟹的人不得不感嘆Laibach的眼力和堅持。
但幸運的是，他的研究引起了一位匈牙利從事小麥和番茄研究的科研人員Rédei的極大興趣。他從Laibach那裡拿到了擬南芥的種子，以擬南芥的Landsberg生態型進行X射線突變體研究。在研究過程中，他發現Landsberg基因組並不純合，於是就從Landsberg中選擇了一個單株，經過多代自交得到了基因組背景簡單而且很穩定、純合的擬南芥株系，並命名為Columbia。至此，植物界的模式明星Columbia就誕生了。
在40多年之後，於1975年，Rédei再次提出將擬南芥作為模式植物，至此擬南芥逐步被很多科學家認可，並開始以擬南芥為材料展開一系列的科學研究。
目前已有一千多個擬南芥自然品系被測序
雖然Columbia已經誕生，但是在很長的一段時間中，植物學家們一直以Rédei提供的Landsberg erecta品系為研究材料。直到1996年，Columbia才被選擇作為擬南芥基因組測序的自然品系材料，並於2000年完成了全基因組測序並發表。Columbia基因組被測序之後，2008年，科學家們完成了3份擬南芥材料的重測序工作，隨後大量的擬南芥被重測序。
迄今為止，已經有一千多個擬南芥自然品系被測序，主要包括1001基因組項目整合的1135份擬南芥自然品系測序、78份非洲擬南芥測序和中國長江流域118份擬南芥測序。大量的擬南芥測序工作為擬南芥全基因組範圍內生態適應性研究提供了契機。
基因數目的減少與增加，一樣重要！
近日，中科院植物所研究所研究員郭亞龍課題組聯合多國科學家，以非洲和亞歐大陸自然生長的1071份擬南芥基因組為研究背景，在擬南芥假基因化對於表型變異和環境適應性方面取得了新進展。科學家們由此發現，基因數目的減少與增加，一樣重要！
基因，對於生物體的表型和適應性起著十分重要的作用。在整個基因組範圍內，基因的產生和消亡一直處於一個動態的變化中，基因可以通過複製來增加自己的拷貝數，也可以由基因組中的非編碼序列變為全新的編碼基因。長期以來，科學家一直較多關注基因拷貝數的變化和新基因的產生，卻忽略了基因數目的減少對生物生存繁衍方面的意義。
但實際上，基因數目的減少與增加一樣重要。基因的序列缺失或劇烈變化在擬南芥的基因組中非常普遍。在全球範圍內分佈的1071個擬南芥個體中，僅有34%的蛋白編碼基因在所有的擬南芥個體中是穩定的。這些基因對於擬南芥在自然條件下生存繁衍是不可缺少的，一旦他們發生了劇烈的改變，就可能會對擬南芥的生長繁殖產生致命的影響。
然而，在擬南芥中仍然有66%的基因在不同的個體中發生了基因序列缺失或很大的變化，平均每個個體中有3%的基因，大約800個，發生了嚴重的改變。不過，這些改變並非全都是有害的，一些基因的改變可以產生不同類型的表型。比如，研究中發現一個控制擬南芥分支夾角的基因（LAZY1）發生了變化，植物就會表現為一種很“慵懶”的狀態，如下圖所示。
"春季，天氣日漸溫暖起來，很多“沉睡中”的小草也感受到了這種溫暖，迫不及待的綻放出笑容來。在這些探頭探腦的小傢伙中，就出現了擬南芥的身影，它比油菜花矮半截，卻也依然在努力的生長著。
但是，你可別小瞧這棵小草，在植物學家的眼裡，這可是“明星植物”，有科學家把它稱為“植物中的果蠅”。在植物遺傳學研究方面，它可是做出了很多了不起的貢獻。
圖1 實驗室中生長的擬南芥自然品系和其所結種子
擬南芥的前世今生
擬南芥（Arabidopsis thaliana），又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草，屬雙子葉植物十字花科擬南芥屬，自然分佈區廣佈非洲和近乎整個亞歐大陸。
很久很久以前，擬南芥只是馬路邊一種很不起眼的雜草。1905年，當時還在讀博士的德國植物學家Laibach在德國伯恩和林堡附近發現了它，採集後用於博士期間的染色體計數研究。1943年，Laibach發現和總結了諸多擬南芥的優點：
第一，比較好養，給點陽光、澆點水就能活；第二，基因組背景比較簡單，開展雜交、基因等研究相對較容易；第三，生活週期短，從發芽到結種子一般只要不到2個月的時間，也被稱為“短命植物”，好處是很快就可以拿到實驗結果；第四，種子數量多，雜草的種子一般都很多，一株可以產生幾千甚至上萬粒種子，都說“野火燒不盡，春風吹又生”，就是因為後代比較多，總有那麼一部分可以先躲過惡劣的環境，條件允許的時候再冒出來；第五，易雜交，雖然是自交植物，但是別人的花粉咱也接受；第六，易獲得突變體。
基於以上這些優點，Laibach就提議將擬南芥作為植物科學研究的模式植物。但是，由於當年Laibach還是一位博士生，研究的還是“沒有什麼用處”的小草，這個提議很自然地就被忽略了，在很長的一段時間裡並沒有得到科學家們的廣泛認可。不過作為第一個吃螃蟹的人不得不感嘆Laibach的眼力和堅持。
但幸運的是，他的研究引起了一位匈牙利從事小麥和番茄研究的科研人員Rédei的極大興趣。他從Laibach那裡拿到了擬南芥的種子，以擬南芥的Landsberg生態型進行X射線突變體研究。在研究過程中，他發現Landsberg基因組並不純合，於是就從Landsberg中選擇了一個單株，經過多代自交得到了基因組背景簡單而且很穩定、純合的擬南芥株系，並命名為Columbia。至此，植物界的模式明星Columbia就誕生了。
在40多年之後，於1975年，Rédei再次提出將擬南芥作為模式植物，至此擬南芥逐步被很多科學家認可，並開始以擬南芥為材料展開一系列的科學研究。
目前已有一千多個擬南芥自然品系被測序
雖然Columbia已經誕生，但是在很長的一段時間中，植物學家們一直以Rédei提供的Landsberg erecta品系為研究材料。直到1996年，Columbia才被選擇作為擬南芥基因組測序的自然品系材料，並於2000年完成了全基因組測序並發表。Columbia基因組被測序之後，2008年，科學家們完成了3份擬南芥材料的重測序工作，隨後大量的擬南芥被重測序。
迄今為止，已經有一千多個擬南芥自然品系被測序，主要包括1001基因組項目整合的1135份擬南芥自然品系測序、78份非洲擬南芥測序和中國長江流域118份擬南芥測序。大量的擬南芥測序工作為擬南芥全基因組範圍內生態適應性研究提供了契機。
基因數目的減少與增加，一樣重要！
近日，中科院植物所研究所研究員郭亞龍課題組聯合多國科學家，以非洲和亞歐大陸自然生長的1071份擬南芥基因組為研究背景，在擬南芥假基因化對於表型變異和環境適應性方面取得了新進展。科學家們由此發現，基因數目的減少與增加，一樣重要！
基因，對於生物體的表型和適應性起著十分重要的作用。在整個基因組範圍內，基因的產生和消亡一直處於一個動態的變化中，基因可以通過複製來增加自己的拷貝數，也可以由基因組中的非編碼序列變為全新的編碼基因。長期以來，科學家一直較多關注基因拷貝數的變化和新基因的產生，卻忽略了基因數目的減少對生物生存繁衍方面的意義。
但實際上，基因數目的減少與增加一樣重要。基因的序列缺失或劇烈變化在擬南芥的基因組中非常普遍。在全球範圍內分佈的1071個擬南芥個體中，僅有34%的蛋白編碼基因在所有的擬南芥個體中是穩定的。這些基因對於擬南芥在自然條件下生存繁衍是不可缺少的，一旦他們發生了劇烈的改變，就可能會對擬南芥的生長繁殖產生致命的影響。
然而，在擬南芥中仍然有66%的基因在不同的個體中發生了基因序列缺失或很大的變化，平均每個個體中有3%的基因，大約800個，發生了嚴重的改變。不過，這些改變並非全都是有害的，一些基因的改變可以產生不同類型的表型。比如，研究中發現一個控制擬南芥分支夾角的基因（LAZY1）發生了變化，植物就會表現為一種很“慵懶”的狀態，如下圖所示。
圖2 LAZY1基因序列截短導致分支夾角變大，看右一這位，明顯更為“慵懶”
雖然一些基因的改變很大，然而其中有一部分基因的序列缺失或劇烈變化對於擬南芥在自然生境中的生存是有利的。科研人員發現，這種改變在中國長江流域生長的擬南芥中，有1%的基因對於擬南芥的生存更傾向於有利的影響。其中包括一個控制根長的基因（KUK），該基因在長江流域的擬南芥中變短了，基因的長度僅為正常基因的十分之一，但這反而使擬南芥具有了更長的根系。
研究表明，基因的缺失與增加對於生物體的影響是相對的、動態變化的，基因的截短也可以塑造不同的生物表型，並且與生物體的適應性進化密切相關。
"春季，天氣日漸溫暖起來，很多“沉睡中”的小草也感受到了這種溫暖，迫不及待的綻放出笑容來。在這些探頭探腦的小傢伙中，就出現了擬南芥的身影，它比油菜花矮半截，卻也依然在努力的生長著。
但是，你可別小瞧這棵小草，在植物學家的眼裡，這可是“明星植物”，有科學家把它稱為“植物中的果蠅”。在植物遺傳學研究方面，它可是做出了很多了不起的貢獻。
圖1 實驗室中生長的擬南芥自然品系和其所結種子
擬南芥的前世今生
擬南芥（Arabidopsis thaliana），又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草，屬雙子葉植物十字花科擬南芥屬，自然分佈區廣佈非洲和近乎整個亞歐大陸。
很久很久以前，擬南芥只是馬路邊一種很不起眼的雜草。1905年，當時還在讀博士的德國植物學家Laibach在德國伯恩和林堡附近發現了它，採集後用於博士期間的染色體計數研究。1943年，Laibach發現和總結了諸多擬南芥的優點：
第一，比較好養，給點陽光、澆點水就能活；第二，基因組背景比較簡單，開展雜交、基因等研究相對較容易；第三，生活週期短，從發芽到結種子一般只要不到2個月的時間，也被稱為“短命植物”，好處是很快就可以拿到實驗結果；第四，種子數量多，雜草的種子一般都很多，一株可以產生幾千甚至上萬粒種子，都說“野火燒不盡，春風吹又生”，就是因為後代比較多，總有那麼一部分可以先躲過惡劣的環境，條件允許的時候再冒出來；第五，易雜交，雖然是自交植物，但是別人的花粉咱也接受；第六，易獲得突變體。
基於以上這些優點，Laibach就提議將擬南芥作為植物科學研究的模式植物。但是，由於當年Laibach還是一位博士生，研究的還是“沒有什麼用處”的小草，這個提議很自然地就被忽略了，在很長的一段時間裡並沒有得到科學家們的廣泛認可。不過作為第一個吃螃蟹的人不得不感嘆Laibach的眼力和堅持。
但幸運的是，他的研究引起了一位匈牙利從事小麥和番茄研究的科研人員Rédei的極大興趣。他從Laibach那裡拿到了擬南芥的種子，以擬南芥的Landsberg生態型進行X射線突變體研究。在研究過程中，他發現Landsberg基因組並不純合，於是就從Landsberg中選擇了一個單株，經過多代自交得到了基因組背景簡單而且很穩定、純合的擬南芥株系，並命名為Columbia。至此，植物界的模式明星Columbia就誕生了。
在40多年之後，於1975年，Rédei再次提出將擬南芥作為模式植物，至此擬南芥逐步被很多科學家認可，並開始以擬南芥為材料展開一系列的科學研究。
目前已有一千多個擬南芥自然品系被測序
雖然Columbia已經誕生，但是在很長的一段時間中，植物學家們一直以Rédei提供的Landsberg erecta品系為研究材料。直到1996年，Columbia才被選擇作為擬南芥基因組測序的自然品系材料，並於2000年完成了全基因組測序並發表。Columbia基因組被測序之後，2008年，科學家們完成了3份擬南芥材料的重測序工作，隨後大量的擬南芥被重測序。
迄今為止，已經有一千多個擬南芥自然品系被測序，主要包括1001基因組項目整合的1135份擬南芥自然品系測序、78份非洲擬南芥測序和中國長江流域118份擬南芥測序。大量的擬南芥測序工作為擬南芥全基因組範圍內生態適應性研究提供了契機。
基因數目的減少與增加，一樣重要！
近日，中科院植物所研究所研究員郭亞龍課題組聯合多國科學家，以非洲和亞歐大陸自然生長的1071份擬南芥基因組為研究背景，在擬南芥假基因化對於表型變異和環境適應性方面取得了新進展。科學家們由此發現，基因數目的減少與增加，一樣重要！
基因，對於生物體的表型和適應性起著十分重要的作用。在整個基因組範圍內，基因的產生和消亡一直處於一個動態的變化中，基因可以通過複製來增加自己的拷貝數，也可以由基因組中的非編碼序列變為全新的編碼基因。長期以來，科學家一直較多關注基因拷貝數的變化和新基因的產生，卻忽略了基因數目的減少對生物生存繁衍方面的意義。
但實際上，基因數目的減少與增加一樣重要。基因的序列缺失或劇烈變化在擬南芥的基因組中非常普遍。在全球範圍內分佈的1071個擬南芥個體中，僅有34%的蛋白編碼基因在所有的擬南芥個體中是穩定的。這些基因對於擬南芥在自然條件下生存繁衍是不可缺少的，一旦他們發生了劇烈的改變，就可能會對擬南芥的生長繁殖產生致命的影響。
然而，在擬南芥中仍然有66%的基因在不同的個體中發生了基因序列缺失或很大的變化，平均每個個體中有3%的基因，大約800個，發生了嚴重的改變。不過，這些改變並非全都是有害的，一些基因的改變可以產生不同類型的表型。比如，研究中發現一個控制擬南芥分支夾角的基因（LAZY1）發生了變化，植物就會表現為一種很“慵懶”的狀態，如下圖所示。
圖2 LAZY1基因序列截短導致分支夾角變大，看右一這位，明顯更為“慵懶”
雖然一些基因的改變很大，然而其中有一部分基因的序列缺失或劇烈變化對於擬南芥在自然生境中的生存是有利的。科研人員發現，這種改變在中國長江流域生長的擬南芥中，有1%的基因對於擬南芥的生存更傾向於有利的影響。其中包括一個控制根長的基因（KUK），該基因在長江流域的擬南芥中變短了，基因的長度僅為正常基因的十分之一，但這反而使擬南芥具有了更長的根系。
研究表明，基因的缺失與增加對於生物體的影響是相對的、動態變化的，基因的截短也可以塑造不同的生物表型，並且與生物體的適應性進化密切相關。
圖3 基因的減少和增加對生物的影響是相對的
所以，或許從這個角度上來說，我們又從擬南芥這棵小草的身上，學到了更多的道理。
來源：中國科學院植物研究所
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