科学家们开发出一种让树木在短短几个月内开花的方法

当科学家想要改良多种蔬菜时，可能需要一年或更短的时间才能看到变化——正好是一个繁殖周期的长度。但是，对树木进行育种改良可能需要数年——有时是数十年——才能看到变化。

现在，佐治亚大学的研究人员开发的一个过程可能会将这个时间缩短一小部分。

使用CRISPR基因编辑工具，UGA沃内尔林业与自然资源学院和富兰克林艺术与科学学院的CJTsai开发了一种方法，可将杨树开花所需的时间从大约7年缩短到10年，仅仅几个月。通过缩短这个时间范围，它可以加速树木育种以改善耐寒或耐旱性等特性。

结果最近发表在《新植物学家》上。该论文还阐明了树木如何发育生殖器官并为新研究打开了大门。

“以前在杨树中诱导早花的方法不一致且劳动强度大。这是研究的主要障碍，”佐治亚研究联盟的WinfredN.“Hank”Haynes教授和著名学者Tsai说。

“但使用CRISPR编辑开花抑制基因，我们能够将开花时间从七年多压缩到三到四个月，将长达一年的花器官发育期缩短到几天。”

蔡然的博士后研究员周冉此前曾从事柳树和杨树的性别决定研究。利用他的见解，该团队决定对雌性杨树中的雌性特异性性别转换基因进行CRISPR编辑。他们推断，这是可行的，因为早花系统可以绕过树木漫长的繁殖周期。几个月后，蔡和她的团队看到了新的雄花，表明性别转换成功。

该方法可能会改变树木研究领域的游戏规则，与粮食作物的研究相比，该项目可能需要数十年的时间。通过缩短树木开花所需的时间，研究人员可以进行受控杂交并更快地评估感兴趣的性状。例如，可以在更短的时间内测试帮助树木更好地耐受干旱或极端温度的特性。

蔡说，实验中使用了杨树，因为它们具有作为生物能源木本作物的潜力，而且能源部已经完全绘制了它们的DNA。通常需要数年时间才能观察到杨树的性别。

“快速开花系统对于在多年生木本原料物种中实现快速循环育种和快速循环基因组选择既重要又及时，”Tsai说。

Tsai和她的团队还观察到花发育过程的一个额外好处：雌性杨树具有三体生殖的发育潜力，即同一株植物具有雄花和雌花的能​​力。通常，杨树是分开的雄性和雌性树。但随着它们开花的加速，蔡氏森林功能基因组学实验室的高级研究员MariaOrtega观察到该团队研究的雌性杨树中雄花或完整的雄花和雌花发育异常。

当研究人员观察开花的树木生长时，CRISPR项目揭示了另一个令人惊讶的转折：额外的基因编辑显示有望减少植物每年春天用来传播种子的棉质种子附着物。

白色的、羽毛状的附属物掉落时可能会令人讨厌——或者是过敏患者的噩梦。通过阻断特定的决定性和开花基因，Tsai的团队发现棉质附着物几乎不存在。

虽然这个过程需要进一步研究，但对于未来的过敏症患者来说，这可能是一个积极的变化。“这为开发无毛种子提供了分子基础，可以减少过敏原在城市地区或整个工作森林中的传播，”她补充说。

种子毛发的变化不仅有助于确认这一过程，而且为探索树木如何成熟和繁殖创造了新的机会。蔡说她对新的可能性感到兴奋。

“这项工作为研究基本生殖特征开辟了许多新机会，”她说。“而且更短的时间框架可以为学生提供更多的机会进行他们自己的研究项目，而不是开始一些需要数年或十年才能产生结果的事情。”