对植物而言,生存绝非易事。灌木、花草和树木必须抵御动物和病原物的攻击,还要持续争夺光照和营养。事实上,植物能够通过修改基因组来应对这些胁迫压力。最新研究证实,这种基因组改造的能力可以传递至其后四代。
胁迫能使植物以多种方式更改基因组。例如,紫外线辐射可诱导同源重组——DNA片段在相似基因组链之间交换。研究人员认为,这些变化可能有助于预防潜在的DNA损伤。如果植物的后代在相同胁迫下成长,它们可能会继承处理这种伤害的能力。
为验证这一假说,瑞士Friedrich Miescher研究院的植物学家Jean Molinier和Barbara Hohn对模式植物拟南芥进行遗传改造,使其在同源重组发生时产生蓝色斑点。随后,研究组用紫外光或鞭毛蛋白(一种模拟细菌感染的细菌蛋白)处理改造植物。正如预期,受胁迫植物的重组水平比未受胁迫植物高出2至4倍。
令人惊讶的是,这些植物的后代即使未处于胁迫环境,也表现出与亲代相似的重组水平。Hohn推测,后代可能只是“记住”了亲代遭受的侵害。这种重组水平的增加至少能传递四代,且与受胁迫亲代的性别无关。研究结果于8月6日发表在《自然》网络版上。
由于同源重组在所有后代中均有发现,而非经典孟德尔遗传理论所认为的仅传递给部分植物,研究组指出,这种异常传递并非简单的修饰DNA序列传递,其发生水平很高,暗示这是一种特殊的表观遗传变化(如促进重组的酶水平增加)。进一步研究将揭示同源重组是否以及如何影响植物及其后代。
这些发现为自然选择理论增加了新维度。与经典理论认为选择仅作用于DNA序列不同,本研究证实胁迫可诱导遗传学及表观遗传学变化。