太空中的植物基因研究

太空中的植物基因研究

2018-04-26 22:39:30 103

在国际空间站上种植植物有助于研究植物如何适应微重力环境。拟南芥根系吸引特性研究(CARA)通过植物反应基因基础研究,从基因层面解释植物对环境的适应。

太空中的植物

远征-39任务飞行工程师Steve Swanson从拟南芥根系吸引特性研究(CARA)中采集植物样本- Petri植物板

2014年,对应相同的地面实验,NASA航天员Steve Swanson在国际空间站种植拟南芥种子。种子体现三种基因型Wassilewskija (WS)、Columbia-0 (Col-0)、Columbia-0 PhyD (phyD)。实验将一半的种子置于环境光条件下,另一半置于黑暗中。一段时间后,研究人员从植物根尖提取RNA,以量化太空飞行中基因表达的变化。通过DNA可判断一个生物体中是否存在某一基因,但通过RNA可量化其转录水平,从而判断某一基因的表达水平是否在太空飞行中发生变化。

        从植物健康和生长力方面来看,这三种基因对太空飞行环境的反应类似。只有在光照环境下生长的地面WS植物在根长上出现显著差异。通过对植物RNA测序,出现了不同结果。虽然三种基因型的基因表达都发生了改变,但受影响的基因数量和类型却不同。例如,phyD在基因表达方面的变化小于Col-0。光照条件的不同也对基因改变的数量和类型产生了影响。太空飞行中,环境光照条件下的植物基因变化比黑暗条件下的更为频繁。同时,很多在环境光条件下生长的植物基因表达在黑暗环境下生长的植物中没有变化,反之亦然。

太空中的植物

拟南芥根系吸引特性研究(CARA)——petri植物培养板

 一些基因型在太空环境下改变更为频繁,例如调节细胞壁和细胞间通讯的基因。不同基因类型和不同照明环境下的情况各不相同。实验证明,要研究植物对太空环境的反应需通过多类型基因研究,而不能单靠某一种基因。


        Col-0基因型和phyD基因型之间仅有一个突变的差异,但phyD的基因表达较少,这一差异显示,有害基因表达可通过一个或多个基因交替实现抑制。因此,通过进一步研究,例如太空基因型替代,可开发出在太空环境下基因表达变化最小的植物株,优化其健康和应用。