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在研究控制愈伤组织形成的杨树中的基因时，橡树岭国家实验室的科学家们发现了几种人类癌症中肿瘤形成根源的遗传网络。研究小组惊讶地发现，植物和人类共有相同的基因，这些基因触发或抑制了人类杨树和肿瘤中形成愈伤组织的细胞簇的不受控制的生长。这些基因起源于数十亿年前，当时植物和动物共同拥有共同的祖先。“我们从未想过这些基因会被保存，”ORNL植物生物学家Wellington Muchero说。“但我们看到的是植物与人类之间的功能保护真的令人惊讶。”
PLOS One中详述的研究结果可用于为生物能源生产设计更好的工厂，以及确定癌症治疗的新目标。
生物能源的福音
Populusor 杨树作为生物能源作物显示出巨大的希望。ORNL生物能源创新中心的科学家正在研究这些木本多年生植物的遗传变异，这些变异可以增加抗旱和抗病性，并产生更多的生物量，转化为生物燃料和生物产品。
研究人员的工具箱包括CRISPR / CAS-9等基因编辑器，这是一个来自882个杨树品种的基因组信息的强大数据库，高性能计算能力以及跨多个机构的专业知识。根据Muchero的说法，提高杨树关键特性的瓶颈是愈伤组织的形成。
有些植物容易生长愈伤组织。其他人根本没有成长。研究小组使用从不同基因型的杨树切下的叶子来确定哪些遗传变异导致愈伤组织形成。他们的分析确定了引发快速细胞分裂的基因和限制它的基因。“愈伤组织的形成是创造新的转基因植物的重要一步，”Muchero说。“如果没有形成愈伤组织的能力，你就处于死胡同。你可以引入你的基因，但你不能种植植物。”
“植物的快速再生是我们正在努力的目标之一，”ORNL企业研究员兼CBI主任Jerry Tuskan说。“我们正在研究细胞增殖作为提高转化效率的手段。”杨树活性愈伤组织诱导物与无活性愈伤组织抑制剂配对的健康状况可能是人类癌症的一种配方。
针对新的癌症治疗方法
杨树愈伤组织形成的所有八个关键基因在人类中具有等同物。这些相同的基因与特定疾病相关，包括慢性髓性白血病，乳腺癌和胃癌。虽然这些引起癌症的中枢基因众所周知，但只有通过在杨树中检查它们，科学家才能看到中枢基因与在其调节中发挥作用的相关基因阵列之间的联系。
“我们能够建立这些基因如何相互关联以及共同发生的中间信号的网络，”图斯坦说。“通过这个共表达基因库，制药公司可以开始确定治疗的新靶点。”例如，一种新药可以抑制相关酶的功能，并关闭或阻断触发肿瘤形成的遗传途径。杨树可以帮助根除药物开发的最佳目标。
新的测试平台
由于杨树从未被驯化，个体的基因构成差异很大。科学家通常可以通过检查几百棵树来识别导致特定表型或特征的遗传变异。相比之下，成千上万的人需要在人类身上做出类似的发现，他们的DNA相同，相似度为99.9%。
不能应用于人或实验室大鼠的应激可用于受控植物实验，以验证基因在不同条件下产生表型。对这些遗传网络如何发挥作用的更丰富的理解可以补充传统小鼠研究的结果，以提高新药进入临床试验的效果。“虽然我们在CBI专注于生物燃料和生物产品的新知识和技术，但知道我们的工作在改善人类健康方面有更广泛的应用是非常有益的，”图斯坦说。
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