宾夕法尼亚州立大学的研究人员表示，通过操纵一个基因的表达，遗传学家可以在植物中诱导一种“应激记忆” ，这种记忆可以被一些后代继承，使它们具有更强壮、耐寒和高产的生长潜力。他们认为，这一发现对植物育种具有重大意义。
由于这项技术是表观遗传的-涉及现有基因表达，而不是从另一种植物引入新的遗传物质，使用这项技术培育的作物可以避开与转基因生物和食品相关的争议。
农业科学学院的植物科学教授、埃伯利科学学院的生物学教授萨利·麦肯齐(Sally Mackenzie)说，“一种名为msh1基因让我们能够接触到控制着广泛的植物弹性网络。” 当植物经历干旱或持续的高温等胁迫时，植物能迅速适应环境，变得表型可塑或变通。
研究人员解释说，有许多方法可以使MSH1基因失活，在这种情况下，这些方法都有效。 在模式植物中，如拟南芥、西红柿或水稻，都有可能识别出该基因的突变。 一旦用于商业领域，人们可以利用“RNA干扰”专门针对MSH1靶基因进行沉默。 他们研究表明了：任何使MSH1沉默的方法都会产生非常相似的结果。
研究人员杨(左) ，研究助理教授，研究生 Hardik Kundariya (中) ，和生物学和植物科学教授 Sally Mackenzie，在实验室进行 MSH1基因记忆诱导过程的研究。 图片来源: Sally Mackenzie / 宾夕法尼亚州立大学研究组
麦肯齐指出: “当植物通过表观遗传修饰后，它们可以以尽可能简单的方式修饰许多基因。”。 这包括调整生物钟——使植物能够检测光源，触发植物生长和进入生殖阶段——甚至调整对对激素的反应，从而使它们变得更加灵活变通。
MSH1基因沉默后，植物能检测到胁迫，然后调节自身生长，改变根系结构，限制地上生物量，延迟开花时间，改变对环境刺激的反应。 研究人员称，这些反应会被“记住” ，通过人工选择代代相传。
“在我们的研究中，我们发现这种记忆状况是可以通过后代遗传的，但只有一部分后代会出现这种情况，即存在有记忆和非记忆的完整同胞，” Mackenzie 说道。 “这就意味着这类基因表达改变会影响植物表型的“可塑性”。” 我们认为，所有的植物都具有这种能力，我们所描述的条件可能是植物如何将其环境记忆传递给后代的重要部分。”
图 显示了跨代MSH1基因记忆系谱系。msh1基因记忆谱系是通过选择与野生型植物对照组平行保持6代的“转基因缺失”后代而形成的。
宾夕法尼亚州立大学(Penn State)植物研究所所长麦肯齐(Mackenzie)指出，通过调整植物的表观遗传架构，研究人员能够访问其弹性网络，并了解基因是如何快速而广泛地表达，以调整植物的生长以适应环境。
研究人员确定了促进根系生长和植物活力增加产量的新途径。该研究成果发表在《自然通讯》杂志上。 当MSH1修饰的植物杂交或嫁接时，这种植物活力增强表型变得相当明显。
研究人员认为，植物可以在表观遗传上“重新编程”，在不改变基因型情况下，实现基因差异表达，这构成了一种非传统的育种方法。 因为他们可以识别这些被修饰的基因。该研究植物在应对胁迫或调节生长下，存在这种可变通访问机制。
研究人员将研究重点放在拟南芥或盐芥。因为拟南芥世代时间短，自花授粉结实多，可用于遗传实验。 研究人员培育了五代拟南芥来研究“记忆”和“非记忆”植物。
在后续研究中，研究人员已经抑制了番茄和大豆植株MSH1基因，嫁接实验已经进行了田间测试，目前已经取得了很好增产效果。 大规模MSH1油菜试验目前也正在进行中。
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