Blog single photo

Forskere rydder banen for 'designerplanter' - Phys.org

Kreditt: CC0 Public Domain              Et team av forskere ved University of Georgia har funnet en måte å identifisere genregulerende elementer som kan bidra til å produsere "designerplanter" og føre til forbedringer i matvekster på et kritisk tidspunkt. De publiserte funnene sine i to separate artikler i Nature Plants.                                                       Når verdensbefolkningen anslås å nå 9,1 milliarder innen 2050, vil verdens matproduksjon måtte stige med 70% og matproduksjonen i utviklingsland vil trenge å dobles, ifølge estimater fra FNs mat- og landbruksorganisasjon. Forbedringer i avlingsplanter kan spille en nøkkelrolle i den innsatsen. Teamet, ledet av Bob Schmitz, demonstrerte en evne til å identifisere cis-regulerende elementer, eller CRE, i 13 plantearter, inkludert mais, ris, grønne bønner og bygg. Cis-regulatoriske elementer er regioner med ikke-kodende DNA som regulerer nabolandet gener. Hvis et gen og dets CRE kan identifiseres, kan de behandles som en modulær enhet, noen ganger kalt en biobrick. Målretting av CRE-er for redigering tilbyr et mer raffinert verktøy enn å redigere gener, ifølge Schmitz, førsteamanuensis i genetikk ved Franklin College of Arts and Sciences. "Genredigering kan være som en hammer. Hvis du målretter mot genet, bryter du det ganske mye," sa han. "Målretting av CRE-er, som er involvert i å kontrollere genuttrykk how hvordan en bestemt karakteristikk dukker opp ows lar deg slå genuttrykk opp eller ned, likt en skive. Det gir oss et verktøy for å skape en hel variasjon i uttrykk av et gen ." Å kontrollere et gen for bladarkitektur, for eksempel, kan tillate en planteoppdretter å velge vinkelen som et blad vokser fra en plante, noe som kan spille en viktig rolle i plantens lysabsorpsjon og vekst. Å målrette genet selv ville gi to alternativer: "på", der bladet kan vokse i en 90-graders vinkel, og "av", der bladet kan vokse rett ned. Men å målrette CRE i stedet for genet vil tillate dyrkeren å målrette et spekter av muligheter mellom en 10-graders vinkel, en 25-graders vinkel, en 45-graders vinkel, etc. Når biobricks er blitt opprettet og screenet for ønsket ytelse, kan de brukes til å produsere "designerplanter" som har ønskelige egenskaper, for eksempel salttolerante planter som kan vokse i et landskap med høy saltholdighet. Evnen til å designe planter for å vokse i mindre enn ideelle landskap vil bli mer og mer viktig ettersom matdyrkere streber etter å produsere mer i et miljø som får stadig større utfordringer, som tørke og flom.                                                                                      Basert på deres suksess, mottok forskerteamet nylig et tilskudd på $ 3,5 millioner fra National Science Foundation for å undersøke rollen til CRE-er i belgfrukter, inkludert peanøtter og soyabønner. Underliggende tilskuddsforslaget og papirene er teknologiske gjennombrudd utviklet av Zefu Lu, Bill Ricci og Lexiang Ji. "Zefu tok en høygjennomstrømningsmetode for å identifisere spesifikke elementer som ble utviklet for dyreceller og fant en måte å bruke den på planteceller. Det tok lang tid å adressere den betydelige barrieren for organiske plantegenom, men nå er vi i stand å gjøre det dyrefeltet har gjort i noen år, "sa Schmitz. "Når folk prøver å finne trekk / sykdomsforeninger, ser de etter mutasjoner i gener, men arbeidet i dyr har vist at disse ikke-genregionene også har mutasjoner som påvirker måten et gen uttrykkes på. Regionene vi er i Å identifisere seg med denne metoden avslører forskriftsinformasjon for genuttrykkskontroll, som tradisjonelt har vært utfordrende å oppdage sammenlignet med gener. " Et av Riccis bidrag var å utvikle en teknikk som viser koblingen mellom CRE-er og genet de kontrollerer. "Vanligvis er CRE-er lokalisert rett ved siden av genet de kontrollerer, men i planter med større genomer? Soyabønner, blir mais det klart at disse kontrollerende elementene kan vises veldig langt unna," sa Schmitz. "I todimensjonalt rom kan noe vises langt borte, over mange tusen basepar, men Bills metode viser at det i tre dimensjoner faktisk er plassert rett ved siden av genet." Dette arbeidet� første gangen det ble brukt til planter� ga grunnlaget for de to papirene som ble publisert i Nature Plants, og Schmitz hyllet sine teammedlemmer bidrag. "Dette er en gruppeinnsats," sa han. "Zefu, Bill og Lexiang var store pådrivere for denne forskningen." "Utbredte langdistansecisregulerende elementer i maisgenet" gir genetiske, epigenomiske og funksjonelle molekylære bevis som støtter den utbredte eksistensen av langdistanseloki som fungerer som langdistanse CREs som påvirker om og hvordan et gen i maisgenomet kommer til uttrykk . I "Utbredelsen, evolusjonen og kromatinunderskriftene av planteregulerende elementer" identifiserte forskerne tusenvis av CRE-er og avslørte at langdistanse-CRE-er er utbredt i planter, spesielt i arter med store og komplekse genomer. Ytterligere resultater antyder at CRE-er fungerer med distinkte kromatinveier for å regulere genuttrykk. Teamets arbeid vil bli delt via offentlig tilgjengelige epigenom-nettlesere som ble utviklet av Brigitte Hofmeister, en fersk doktorgrad. utdannet fra Schmitz Lab. "Studiene våre er genombrede, og vi driver med mye teknikk og teknologiutvikling, men det er ikke nyttig hvis folk ikke får tilgang til det," sa Schmitz. "Vi tilbyr epigenom-nettlesere som gjør det mulig for personer som studerer bladarkitektur, å få tilgang til informasjon om de spesifikke genene eller egenskapene de er interessert i." Industri er også interessert i CRE-er, ifølge Schmitz. Redigeringspipelinjen deres er godt etablert for gener, og det neste åpenbare målet for redigering er CRE-er når de først er lokalisert. "Det er ikke bare akademia som bruker dette til grunnleggende vitenskap," sa han. "Bruken av denne tilnærmingen for å identifisere CRE-er vil bli vanlig i industrien for å forbedre avlingens ytelse."                                                                                                                                                                   Mer informasjon: William A. Ricci et al, Utbredte lang rekkevidde cis-regulatoriske elementer i maisgenomet, Nature Plants (2019). DOI: 10.1038 / s41477-019-0547-0                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Sitering:                                                  Forskere rydder banen for 'designerplanter' (2019, 18. november)                                                  hentet 19. november 2019                                                  fra https://phys.org/news/2019-11-path.html                                                                                                                                       Dette dokumentet er underlagt copyright. Bortsett fra enhver rettferdig omgang for privat studier eller forskning, nei                                             del kan reproduseres uten skriftlig tillatelse. Innholdet er kun gitt til informasjonsformål.                                                                                                                                Les mer



footer
Top