Исследование, проведенное Мичиганским университетом, позволило проанализировать ДНК различных клеток почти 200 линий растений кукурузы и получить сведения, которые могут помочь лучше адаптировать эту важную культуру к быстро меняющимся условиям окружающей среды.
Новое исследование под руководством Александра Маранда раскрывает ранее скрытую информацию об активности генов внутри различных типов клеток. Это обеспечивает важный контекст, который помогает лучше понять, как молекулярная биология линии связана с легко видимыми признаками кукурузы или ее фенотипом. Сюда входят такие характеристики, как количество початков кукурузы у растения и насколько большими вырастают эти початки.
«Одной из вещей, которая действительно примечательна для меня, является то, что, может быть, десять лет назад, когда подобные исследования только начали появляться, мы просто пытались связать генетическое изменение с тем, как изменятся фенотипы. Это исследование показывает, что на самом деле большинство фенотипических вариаций происходит из-за изменений в регуляции гена: когда ген экспрессируется, где он экспрессируется и насколько он экспрессируется», - говорит Маранд, доцент кафедры молекулярной, клеточной и онтогенетической биологии Мичиганского университета.
Иначе говоря, на промежуточном этапе существовал разрыв между пониманием генетики растений и характеристиками растений.
Ученые впервые секвенировали полный геном кукурузы более 15 лет назад, и с тех пор они получили возможность замечать даже тонкие различия в генетическом коде между образцами. Но эти различия на молекулярном уровне часто не учитывали крупномасштабные различия, которые имеют наибольшее значение для фермеров.
Поэтому исследователи начали подозревать, что то, как разные клетки используют эти гены, может играть важную роль. Хотя каждая клетка в организме имеет одни и те же гены, разные клетки используют эти гены по-разному.
За последние пять лет или около того способность ученых исследовать гены растений в клеточном контексте действительно возросла, сказал Маранд. И новое исследование его команды, опубликованное в журнале Science, является очередным значительным шагом в этой многообещающей тенденции.
«На самом деле речь идет о соединении точек. Теперь, когда мы можем устанавливать эти связи, мы можем разъединять различные клеточные контексты и начинать объединять их для оптимизации растений или оптимизации какого-либо интересующего нас признака. Это немного похоже на то, как если бы у нас был автомобиль, и мы бы знали, какие у него разные части и что они делают, но не знали, как они работают. Получение этой информации дает новое понимание работы всего автомобиля - растения кукурузы в этой аналогии - и открывает новые возможности для улучшения его производительности», - поясняет исследователь.
«Это также помогает лучше понять, как настройка работы одного компонента влияет на другие компоненты системы, то есть выполнить прогнозирование. Мы можем заранее спросить: «Если мы внесем изменения, будут ли они аддитивными или даже синергетическими?» Будет ли это один плюс один равно двум? Или, может быть, это 10 - или минус 20», - говорит Маранд.
Работа помогает обеспечить фору в дальнейшей селекции кукурузы. Культура возникла в тропических регионах планеты и эволюционировала в сорта, которые теперь могут переносить даже более умеренный климат. Изучив множество различных сортов кукурузы, новое исследование пролило свет на эволюционные изменения, помогая понять, как менялась кукуруза по мере того, как производители выбирали наиболее эффективные растения в своей среде.
«Мы обнаружили, что многие из этих изменений включали изменения в регуляторных последовательностях, которые мы изучали, и они имеют уникальные последствия в очень специфических типах клеток. Теперь мы можем использовать эту информацию, чтобы продолжать улучшать растения и делать кукурузу более приспосабливаемой к разным климатам», - заключил Маранд.
Источник: Источник: University of Michigan. Автор: Мэтт Дэвенпорт. Автор заглавного фото: Александр Маранд.
