Yirmi yıllık yatırım ve araştırmadan sonra sıralanan zorlu çimen genomu

Siz bu makaleyi okurken, metin bloklarının görünüşte rasgele kendilerini yeniden düzenlediğini, yeniden birleştirdiğini ve tekrarladığını hayal edin. Şimdi bu metin bloklarının genler olduğunu hayal edin. Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından desteklenen ve yaklaşık yirmi yıldır önemli bir çim türünün genomunu sıralamak için çalışan araştırmacıların üstesinden geldiği zorluklar hakkında bir fikriniz olabilir.

Bu çığır açan keşif, tüm bitkiler için geçerli genom araştırma teknikleri ve büyük, karmaşık çim genomlarının gelecekteki dizilimi için bir tür şablon görevi görebilecek bir genom dizisi ile sonuçlandı.

Aegilops tauschii Batı Asya’dan Çin’e ve Hindistan Yarımadası’na kadar bulunan bir tür yabani keçi otu. Genetik materyali binlerce yıl boyunca dünyanın en değerli ve yaygın olarak yetiştirilen mahsullerinden biri olan ekmeklik buğday veya ekmeklik buğday olmak üzere birleşen birkaç bitkiden biridir.

gelen genler A. tauschii ekmeklik buğdayın soğuğa, hastalığa ve diğer streslere karşı toleransına katkıda bulundu – hem keçi otunun hem de buğdayın pek çok farklı yerde yetişmesini sağlayan faktörler. A. tauschii ekmek yapımına uygun glüteni de ekmeklik buğdaya ekledi.

Davis, California Üniversitesi’nden biyolog ve uluslararası bir araştırma ekibinin lideri olan Jan Dvořák, “Bugünkü buğday olan buğdayı yaptı” dedi. dergideki kağıt Doğa genom dizilimini duyuruyor.

Araştırma ekibinin sorunu, transposable elementler veya transpozonlar olarak adlandırılan DNA dizileriydi. “Zıplayan genler” olarak bilinen bu genler, aslında bir genomdaki konumlarını değiştirebilirler.

Diğer birçok çim gibi, A. tauschii insanlar da dahil olmak üzere memelilere kıyasla çok büyük bir genoma sahiptir ve bu genom transpozonlarla yüklüdür. Bilim adamları, bu yapının keçi otuna evrimsel bir avantaj sağladığına inanıyor. Yeni biyolojik işlevlere ve diğer potansiyel olarak yararlı değişikliklere yol açan mutasyonlar üreterek, olağanüstü yüksek bir devir hızına sahip DNA üretir. Bu, çimin değişen koşullara uyum sağlamasını sağlar.

Memeli genomları, on milyonlarca yıllık bir devir hızıyla nispeten yavaş gelişir. Buna karşılık, yüzde 80’den fazlası A. tauschii’nin Genom son üç milyon yılda ortaya çıktı.

Bu muazzam, transpozon açısından zengin genom, bitkinin hayatta kalması için yardımcı olabilir, ancak çalışmayı zorlaştırır. “Sanki biri elinizden bir kitabı alıp, sayfalarını yırtıp birleştirmeniz için size geri vermiş gibi. Ama sayfalardaki metne baktığınızda cümlelerin çoğunun çok benzer olduğunu görürsünüz birbirimize,” dedi Dvořák.

İki yıllık yatırım

NSF, dizilemesine yol açan araştırmayı finanse etmeye başladı. A. tauschii 1999 yılında.

bu A. tauschii Dvořák, ekibin önlerindeki sorunların farkında olduğunu söyledi. Çok büyük genomlar buğday, çavdar, arpa ve diğer otların temel biyolojik özelliğidir. Yine de tek sorun boyut değildi. Köknar, çam ve sedir ağaçlarını içeren bitki sınıfı olan iğne yapraklılar daha büyük genomlara sahiptir ancak daha az dizileme zorluğu arz etmektedir.

ile sorun A. tauschii ve benzer çimler, çok benzer transpozonların yüksek konsantrasyonları ile birlikte boyutlarıdır. Bu transpozonlar, keçi otunun genom dizisinin yüzde 84’ünü temsil ediyordu.

Bu tür zorlukların üstesinden gelmek, yeni yöntemler ve teknoloji geliştirmek, tüm biyolojik topluluğa fayda sağlayan genom dizileme yaklaşımları yaratmak anlamına geliyordu.

“Her şey teknolojiye bağlı ve yıllar boyunca genom parmak izi gibi yeni teknolojiler geliştirmemize izin veren NSF finansmanıydı ve sonuçta bize genom dizilimi yapmamızı sağladı. Aegilops tauschii” dedi Dvořák.

Genom dizileme ve karşılaştırmalar için yeni şablon

İle A. tauschii dizileme tamamlandığında, keçi otu artık önemli bir “referans genomu” haline geldi ve araştırma için yeni olanaklar açtı. Gelecekteki çim genom dizileme projeleri için, A. tauschii araştırmacılara büyük, transpozon açısından zengin genomların nasıl çalışılacağı konusunda daha iyi bir fikir sağlayan ve potansiyel olarak daha hızlı ve daha kolay sıralamaya yol açan bir tür şablon oluşturdu.

Evrimsel biyoloji perspektifinden bakıldığında, A. tauschii genom dizilimi, bilim adamlarının ekmeklik buğdayın nasıl evrimleştiği ve atalarından hibrit bitkilerin nasıl ortaya çıktığı konusunda daha doğru bir tablo oluşturmasına da olanak sağlayacak.

Ekmeklik buğday, her biri soyundan gelen üç çeşit ottan ikişer tane olmak üzere altı set kromozom içeren bir melezdir. Bu melezleşme yüzbinlerce yıl önce başladı ama ekmeklik buğday son iki kromozomunu ondan aldı. A. tauschii çok daha yakın bir tarihte, 8.000 yıl öncesine kadar.

Dvořák, “Bu adım, dünya çapında en yaygın olarak yetiştirilen gıda kaynağı olan ekmeklik buğdayın ortaya çıkmasına neden oldu ve yakın bir rakip olarak yalnızca pirinç kaldı” dedi.

bu A. tauschii dizisi, otları ve diğer tarımsal projeleri inceleyen araştırmacılar için hemen kullanışlıdır. Örneğin, benzer bir türde çiçeklenmeye neden olan genetik mekanizmayı bulmak isteyen bir bilim insanı, A. tauschii sıralayın ve nerede bulacağınız konusunda iyi bir fikir edinin.

Dvořák, karşılaştırarak “Aha, bu genin benzer bir işlevi ve konumu var. İyi bir aday” diyebilirsiniz.

Araştırma ekibi, çalışmaları için şimdiden tek bir doğrudan uygulama buldu. Son yirmi yılda bilim adamları, ilk olarak Uganda’da tanımlanan ve ortaya çıktığında toplam mahsul kaybına yol açabilen bir buğday hastalığı keşfettiler. En endişe verici olanı, hastalık binlerce buğday çeşidinde patojen direncinin üstesinden gelebilir. Ve buğday ıslahçıları, yeni, dirençli çeşitler yetiştirmede zorluklarla karşılaştı. Araştırmacılar, genom dizisinde ipuçları arayarak, genom dizisinde iki yeni gen buldular. A. tauschii Bu hastalığa direnç için ve onları buğday genomuna yetiştirdiler. Dvořák dedi

Bu araştırma için başvurular yeni başlıyor” dedi.

Araştırmaya katkıda bulunanlar arasında ABD’de USDA-ARS, Albany, California, Johns Hopkins Üniversitesi, Maryland, Georgia Üniversitesi, Atina ve Almanya, Kanada, Çin, Birleşik Krallık, Fransa ve İsviçre’den bilim adamları yer alıyor.