北卡罗来纳州立大学研究人员领导的一项研究发现了与石细胞发育有关的基因，石细胞是一种刚性细胞，可以阻止蚕食昆虫吃西特卡云杉常绿树的芽枝。昆虫的攻击阻碍了这些森林巨人的生长。

新发现可以帮助研究人员培育出能够抵抗云杉象甲虫(Pissodesstrobi)的基因改良西特卡云杉树。

北卡罗来纳州立大学圣诞树遗传学助理教授、该研究的第一作者贾斯汀·怀特希尔(JustinWhitehill)说：“我们想了解某些西特卡云杉树的自然抗虫性的遗传基础，这些树已经进化到可以防止昆虫以该植物为食。”怀特希尔在不列颠哥伦比亚大学作为博士后研究员开始了这项研究，并在那里完成了实验室实验。

“我们在西特卡云杉中研究的特性是一种被称为石细胞的物理防御，几乎在所有植物物种中都存在这种防御，”怀特希尔说。“它们是你在吃梨时感受到的坚韧质地的原因。石细胞发育非常复杂，涉及数千个基因。我们确定了这些细胞发育的关键早期步骤中涉及的一些遗传学。”

西特卡云杉是一种大型针叶树，生长在从加利福尼亚州到阿拉斯加的西海岸。尽管由于对象鼻虫的敏感性，这种树在北美已被其他木材产品树种所取代，但它仍然是欧洲的重要木材树种。怀特希尔说，西海岸种植的许多用于林业产品的树木都来自岛上快速增长的种群，并且从未接触过象鼻虫，这使得它们极易受到象鼻虫的影响。

然而，在加拿大发现了一群具有抗性的西特卡云杉树，它们会发育出石细胞，这是一种坚硬的细胞类型，只能生长在发芽树枝顶部不到一英寸的地方——与象鼻虫进食的区域相同。

怀特希尔说：“石细胞减缓了昆虫的生长速度，并为树皮中的树脂提供了时间来覆盖昆虫，使其变得太粘而无法进食。”“当这些昆虫试图吃掉植物时，石细胞会阻止它们，并减慢它们的速度，以防止它们对树造成重大损害。”

在最近的研究中，研究人员发现近1,300个基因在石细胞中表达水平较高。他们还发现了一个关键基因，它起着“主开关”的作用，负责激活数千个已知控制其他植物厚壁细胞发育的其他基因。

“这篇论文列出了参与石细胞发育的基因的路线图，”怀特希尔说。“我们证明它受到涉及次生细胞壁的遗传学的强烈控制。”

研究人员研究的关键是一种显微切割工具，它使用激光将极小的组织切片切成薄片。研究人员能够从活跃生长的西特卡云杉枝条的芽上切下微小的切片，以研究石细胞形成过程中特异表达的基因。

怀特希尔表示，他已收到资金，可以将这项技术的更新版本带到北卡罗来纳州。现在，这里的研究人员正在使用激光显微切割来研究弗雷泽冷杉树的基因，弗雷泽冷杉树是生长在北卡罗来纳州西部的美国主要圣诞树。他们正在利用这项技术来研究可以提高弗雷泽冷杉的活力、香味和抗虫能力的重要特征，弗雷泽冷杉是一种基因组大小比人类大五倍的树。

怀特希尔说：“我们现在正在使用这种方法来寻找与抵抗病原体和害虫有关的基因，并了解基因水平上复杂的生态相互作用。”

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标签：细胞基因研究