《泽萜密码:基因编辑里的草木匠心》上卷(2 / 3)

在其他植物中极为罕见。

更关键的是,这些酶的基因表达,似乎都受某个“上游基因”调控。团队做了个实验:将高含量泽泻的块茎细胞放在低氮环境中,发现SE、LS及修饰酶的基因表达量同时下降,泽泻醇B含量随之减少;而当补充特定激素后,这些基因又同步上调。“就像一个乐队,有个指挥在统一发号施令,”陈雨薇说,“这个指挥,很可能就是SADS1。”

为了验证猜想,他们克隆了SADS1基因,将其导入烟草细胞(一种常用的基因功能验证模型)。结果显示:导入SADS1的烟草细胞,虽然不能合成泽泻醇B(缺乏下游酶),但三萜合成的通用前体(角鲨烯)含量比对照组增加了2.1倍,且SE、LS的基因表达量显着升高。“它确实能激活三萜合成的上游通路!”姜宇兴奋地在通路图上给SADS1画了个“指挥棒”。

此时,团队回头看传统记载,有了新的领悟:《本草纲目》说泽泻“畏海蛤、文蛤”,现代研究发现,某些贝类提取物可能抑制SE酶活性;《千金要方》用泽泻配白术“治水湿”,而白术的成分可能增强LS酶活性——古人的配伍智慧,竟与三萜合成的酶调控暗合。“这不是巧合,”陈雨薇感慨,“实践早已感知到分子层面的协同。”

第三回基因锁定SADS1的功能验证

2015年,团队正式将“三萜调控候选基因1号”命名为“SADS1”(S代表泽泻属Alisa的拉丁文缩写,ADS1取自其家族基因特征)。接下来的挑战是:如何证明它直接调控泽泻醇B的合成?

最直接的方法是“敲除实验”——如果敲除SADS1,泽泻醇B含量下降,就能反证其功能。但泽泻的基因编辑技术当时尚不成熟,团队决定先做“过表达实验”:将SADS1基因导入泽泻愈伤组织,让它过度表达。

愈伤组织像淡黄色的小疙瘩,在培养基中慢慢生长。三周后,检测显示:过表达SADS1的愈伤组织,泽泻醇B含量达0.09%,是普通愈伤组织(0.03%)的3倍,且SE、LS及下游修饰酶的基因表达量均同步升高。“这说明它不仅能激活上游,还能带动下游的特异性合成步骤。”陈雨薇看着数据,更加确定SADS1是“总开关”。

但过表达实验有局限:可能存在其他基因的代偿作用。团队需要更精准的“反向验证”。2016年,CRISPR-Cas9基因编辑技术在植物中应用渐趋成熟,姜宇主动请缨,承担敲除实验。“就像拆机器,拆掉一个零件,看哪个功能失灵,就知道它管什么。”

敲除过程远比想象中复杂。泽泻的遗传背景复杂,愈伤组织再生困难,前三次实验都失败了——要么基因没敲掉,要么敲掉后愈伤组织死亡。直到2017年初,他们优化了基因编辑载体,终于获得了3株SADS1敲除的泽泻幼苗。

当这些幼苗长到块茎形成期,团队屏住呼吸进行检测。结果显示:敲除株的泽泻醇B含量仅0.03%,比野生型(0.05%)下降40%;而三萜合成的关键酶基因表达量也随之降低。更意外的是,敲除株的块茎比野生型小了1/3,叶片也更易发黄——SADS1不仅调控三萜合成,可能还影响泽泻的生长发育。

“这才是基因的智慧,”陈雨薇在分析会上说,“它不会只管一个功能,而是像枢纽一样,协调生长与合成。就像泽泻在湿地里,既要长好自身,又要合成足够的三萜应对环境压力,SADS1就是这个平衡的管理者。”

第四回道地解密基因与环境的协同舞蹈

SADS1的功能明确后,团队把目光转回“道地性”——为什么建瓯的泽泻醇B含量更高?是SADS1的基因序列不同,还是环境诱导其高表达?

他们对不同产地的SADS1基因进行测序,发现存在3个碱基的自然变异(单核苷酸多态性,SNP)。其中,建瓯道地产区的泽泻,SADS1基因在启动子区域有一个独特的SNP,使其更易被“光照信号”激活。“这就像建瓯的SADS1带着‘感光天线’,”姜宇解释,“同样的光照时长,它能启动更强的表达。”

为了验证这一点,团队做了“光诱导实验”:将不同SNP类型的泽泻置于相同光照下,检测SADS1的表达量。结果显示:建瓯型泽泻的表达量是其他类型的1.8倍,泽泻醇B含量也相应更高。这与当地药农“泽泻喜阳”的经验完全吻合——原来“喜阳”的背后,是基因启动子对光照的敏感响应。

环境因素中,氮素的影响也通过SADS1体现。团队发