Gündem

Gen düzenleme kullanarak çok genomlu pirincin evcilleştirilmesi için yol haritası

0

Hepimiz bazen aynı anda birden fazla şey yapabilmeyi diliyoruz – işlerimizi yürütmek, iş teslim tarihlerini yakalamak ve belki de bir arkadaşımızla gecikmiş kahveyi kapmak. Poliploidi olarak bilinen genetik bir durum, bazı bitki genomlarının bunu yapmasına yardımcı olur. İnsanlar gibi çoğu bitki diploiddir ve her kromozomdan iki set bulunur. Ancak poliploid bitkilerde dört, altı ve hatta sekiz set kromozom bulunur. Bu eklemeler, bir genin farklı kopyalarının farklı roller üstlenmesine izin verir ve potansiyel olarak zararlı mutasyonlara karşı bir tampon sağlar. Buna göre poliploidi, çiçekli bitkilerde ortak bir evrim modu olarak hizmet etmiştir.1. Yazma Hücre, Yu et al.2 Gen düzenlemesini kullanarak evcilleştirilmiş bir poliploid pirincin üretilmesi için uygulanabilir bir yaklaşımın ana hatlarını çizin. Gelişimleri, dünyanın en önemli mahsul türlerinden birinde poliploidinin faydalarından yararlanmamızı sağlayabilir.

İnsanlar, olumlu özelliklere sahip bitkileri kurtardıkça ve çoğalttıkça, tüm ekin türleri vahşi atalardan evrimleşti – örneğin tohum dağıtma mekanizmalarının kaybı ve daha büyük tohumlar ve meyveler.3 – yüzlerce veya binlerce yıldan fazla. Dünyanın ana pirinç mahsulü, Asya türü Oryza sativa, vahşi atasından yaklaşık 9.000 yıl önce evcilleştirildi, Oryza rufipogonAsya’da birden çok bölgede gerçekleştiği düşünülen süreçler aracılığıyla4,5. Her iki tür de diploiddir ve iki set 12 kromozom taşır.

Pirinç bilim adamları için, poliploid ekili pirinç geliştirme fikri, özellikle iklim değişkenliği karşısında, gelecekteki mahsul iyileştirmesi için potansiyel bir araç olarak umut verici.6. Bitkinin ekstra gen kopyaları, olumlu özelliklerin kaybı olmadan çevredeki büyük değişikliklere yanıt olarak hızlı adaptasyonu sağlayabilir.7. Ancak ekili bir diploid bitkiden poliploid bir pirinç üretmek teknik olarak oldukça zordur. Bunu akılda tutarak, Yu et al. tamamen farklı bir yaklaşım benimsedi. Yazarlar, uzak, vahşi bir poliploid kuzeniyle başladı. O. sativa ve O. rufipogonve biyoteknolojik yaklaşımlarla evcilleştirdi (Şekil 1).

Şekil 1

Şekil 1 | Yetiştirilmiş poliploid pirince hızlı bir yol. Yu et al.2 yabani poliploid pirincin hızlı bir şekilde evcilleştirilmesi için bir strateji geliştirmiştir (genellikle bir gıda ürünü olarak yetiştirilen pirincin aksine, ikiden fazla kromozom setine sahiptir). İlk adım, gen düzenleme ve mahsul üretimi için uygun özelliklere sahip vahşi bir tür seçmektir. Bunu genomik analiz ve yöntem optimizasyonu takip eder. Yeni mahsul çiftçilere dağıtılmadan ve değerlendirilmeden önce, genom düzenleme, geleneksel çaprazlama ve testlerin yinelemeli döngüleri daha sonra gereklidir. Kırmızı vurgular, yazarlar tarafından yabani pirinç için tamamlanan yol haritasının bölümlerini göstermektedir. Oryza yüksek.

Yazarlar ilk olarak uygun bir başlangıç ​​suşu belirlemek için zaman harcadılar. İdeal adayın, kallus indüksiyonu ve rejenerasyonuna yatkın olması gerekiyordu – bitki dokularının, yeni bitkilerin üretildiği, nasır adı verilen, kısmen farklılaşmamış hücrelerin bir kütlesini üretmek için kültürlendiği bir süreç. Bu özellikler, gen düzenleme teknikleri için gereklidir. Seçilen kişinin aynı zamanda yüksek biyokütleye ve çeşitli abiyotik ve biyotik streslere – örneğin ısı ve böcek direnci – toleransa sahip olması gerekiyordu. 28 poliploid yabani pirinç hattının taranmasından sonra, bir suş Oryza yüksek seçildi ve poliploid pirinç 1 (PPR1) olarak adlandırıldı.

Oryza yüksek dört set kromozoma sahiptir (tetraploiddir) ve Orta ve Güney Amerika’da bulunur8. Tür, C ve D olarak adlandırılan, diploid genomlara sahip iki atanın hibridizasyonunun bir sonucu olarak ortaya çıktı.Yu tarafından seçilen PPR1 suşu et al. ekili olandan oldukça farklı görünüyor O. sativa. Örneğin, çok uzun – 2,7 metreden fazla, tipik olarak 1 metre veya daha az O. sativa. Bol miktarda biyokütle üretir ve geniş yapraklı ve seyrek, kılçıklarla süslenmiş küçük tohumlara sahiptir (tohum yayılmasına yardımcı olduğu düşünülen dikenli çıkıntılar). Bu nedenle, bu vahşi akrabayı evcilleştirmek küçük bir başarı değildi.

Yu ve meslektaşları, PPR1’de gen düzenleme yöntemleri geliştirdiler ve suş için yüksek kaliteli bir genom oluşturdular. Bu, evcilleştirme için hedeflenecek genlerin belirlenmesine yardımcı olan bir harita görevi gördü. Yazarlar, PPR1’i bir O. sativa Nipponbare adlı genom. Nipponbare’de eşdeğerleri (homologları) olmayan C ve D genomlarının her birinde yaklaşık 10.000 gen keşfettiler. Buna karşılık, Nipponbare’de yaklaşık 39.500 gen (genomun% 70.41’i) PPR1’de homologları var.

İkincisi umut verici bir sonuçtu, çünkü evcilleştirmeden sorumlu genlerin O. sativa muhtemelen PPR1’de ilgili sürümleri vardı. Araştırmacılar, evcilleştirilmesinde rol oynadığı bilinen PPR1’deki bu tür genlerin bir takımını düzenlediler. O. sativa. Bu, PPR1’de bir dizi iyileştirmeye yol açtı: parçalanma kaybı (bir tohum dağıtma mekanizması), böylece tohumların hasattan önce bitkiden düşmemesi; hasat sonrası işlemleri kolaylaştırmak için kılçık uzunluğu azaltıldı; daha büyük taneler ve daha fazla verim için artan tane uzunluğu; daha ağır taneleri desteklemek için azaltılmış yükseklik ve kalınlaştırılmış gövde çapı; ve farklı enlemlere yerel adaptasyon için gerekli olan modifiye (hem daha uzun hem daha kısa) çiçeklenme süreleri.

Yu ve meslektaşlarının çabaları birlikte, yalnızca birkaç nesilde evcilleştirilmiş özelliklere sahip PPR1 hatlarının üretilmesine ve tipik olarak yüzlerce ila binlerce yıl içinde gerçekleşen bir süreci hızlı bir şekilde takip etmesine yol açtı. Çalışma, yalnızca çevresel streslere (değişen iklimler karşısında küresel gıda güvenliği için çok önemli bir özellik) daha iyi dayanabilen değil, aynı zamanda yardımcı olabilecek başka özellikler de (örneğin gelişmiş beslenme ve tat) taşıyabilen bitkiler geliştirmenin kapısını açıyor. Gelecekte gelişen tüketici tercihlerini karşılamak için pirinç. Ek olarak, yazarların geliştirdiği strateji teorik olarak, günümüzdeki diğer mahsullerin yabani akrabalarının evcilleştirilmesini sağlamak için biyoteknolojinin uygulanmasına yönelik bir yol haritası sağlayabilir.

Yu tarafından kurulan teknikler et al. diğer vahşi, tetraploid pirinç türlerinde test edilmeyi bekliyor. Araştırmacılar ve yetiştiriciler, daha sonra geleneksel melezler veya genom düzenleme yoluyla daha da iyileştirilmiş suşlar üretmek için kullanılabilen evcilleştirilmiş poliploidlerin çeşitli bir havuzunu oluşturacaklarsa, daha geniş bir gen havuzuna başarılı bir şekilde genişletme gerekli olacaktır – örneğin, belirli üretim sistemlerine uyarlanmış suşlar. veya pazar kabulü yüksek olanlar. Ve vahşi poliploidler, kuraklık gibi abiyotik streslere tolerans sağlayan henüz kullanılmamış gen kaynakları olarak büyük umut vaat etse de, bu özelliklerin, yazarların belirttiği gibi, her biri yalnızca bir küçük etki. Yabani pirinçlerin tam potansiyelinin değerlendirilebilmesi için bu bitkilerin genetiğinin daha derinlemesine anlaşılması gerekmektedir.

Yetiştirilmiş poliploid pirincin ıslahı için önümüzde uzun bir yolculuk var. Ancak ilk tohumlar şimdi ekildi. Çevik ve esnek gıda sistemlerine olan talep arttıkça, poliploidler dahil yabani bitki türlerinin hızlı evcilleştirilmesi ve iyileştirilmesi, tarım alet çantasında değerli bir araç haline gelebilir.

Profesör

COVID’in kökenleri ve ‘laboratuvar sızıntısı’ teorisi

Previous article

Yumuşak bir robot dünyanın en derin okyanusunda nasıl hayatta kaldı?

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem