Новые технологии позволяют получить более детальную информацию о модифицированных растениях

Прочитано: 203 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


Исследователи Солка нанесли на карту геномы и эпигеномы генетически модифицированных линий растений с самым высоким разрешением, когда-либо существовавшим, чтобы точно определить, что происходит на молекулярном уровне, когда вставляется кусок чужеродной ДНК. Их результаты, опубликованные в журнале PLOS Genetics 15 января 2019 года, разъясняют рутинные методы, используемые для модификации растений, и предлагают новые способы более эффективного сведения к минимуму потенциальных побочных эффектов.

«Это было действительно отправной точкой для того, чтобы показать, что можно использовать новейшие технологии картирования и секвенирования, чтобы оценить влияние вставки генов в геном растения» , — говорит исследователь Медицинского института Говарда Хьюза Джозеф Экер (Joseph Ecker), профессор факультета молекулярной растительности Солка. Лаборатория клеточной биологии и заведующая лабораторией геномного анализа.

Когда ученый хочет внедрить новый ген в растение — для фундаментальных исследовательских целей или для улучшения здоровья или питания продовольственной культуры — они обычно полагаются на Agrobacterium tumefaciens, чтобы выполнить свою работу. Agrobacterium — это бактерии, вызывающие опухоли крон-желчного пузыря, большие выпуклости на стволах деревьев. Несколько десятилетий назад ученые обнаружили, что когда бактерии заражают дерево, оно переносит часть своей ДНК в геном дерева. С тех пор исследователи использовали эту способность переноса Agrobacterium для своих собственных целей, используя его переносящую ДНК (Т-ДНК) для перемещения нужного гена в растение.

Недавно технологии секвенирования ДНК начали намекать, что когда T-ДНК Agrobacterium используется для введения новых генов в растение, это может вызвать дополнительные изменения в структурных и химических свойствах нативной ДНК.


«Биотехнологические компании тратят много времени и усилий на то, чтобы охарактеризовать трансгенные растения и игнорировать кандидатов с нежелательными изменениями, не понимая — с базовой биологической точки зрения — почему эти изменения могли произойти», — говорит Экер. «Наш новый подход предлагает способ лучше понять эти эффекты и может помочь ускорить процесс».

«Самым большим неизвестным было то, было ли и сколько копий Т-ДНК вставлено в то же самое время, что и та часть, которую вы хотели», — говорит Флориан Юп, бывший научный сотрудник Salk, который сейчас работает в Bayer Crop Science. Юп, научный сотрудник Salk Марк Цандер и научный сотрудник Анджелина Ривкин являются соавторами новой статьи вместе с Тоддом Майклом из Института Дж. Крейга Вентера.

Поскольку подход Т-ДНК может привести к интеграции множества копий желаемого гена в растение, может быть трудно изучить конечный результат при стандартном секвенировании ДНК, так как большинство технологий борются за последовательность очень повторяющихся участков ДНК. Но Экер и его коллеги обратились к новой комбинации подходов, включая оптическое картирование и секвенирование нанопор, чтобы посмотреть на эти длинные участки в высоком разрешении. Они применили технологии к четырем случайно выбранным линиям Т-ДНК Arabidopsis thaliana , широко используемого в биологии модельного растения. (Эти растения получены из большой популяции инсерционных мутантов Т-ДНК, которые были созданы с использованием метода трансформации арабидопсиса , называемого цветочным падением, для изучения функции генов.)

Оптическое картирование показало, что у растений было от одного до семи различных вставок или перестроек в их геномах, размером примерно в десять раз. Секвенирование нанопор и реконструкция геномов двух линий подтвердили вставки с разрешением по одной букве, включая целые сегменты ДНК, которые были обменены или перемещены между хромосомами в одной из выбранных линий. Сами вставки генов демонстрировали множество паттернов, причем вставленный фрагмент ДНК иногда скремблирован, инвертирован или даже заглушен.

«Это исследование было невозможно даже год назад», — говорит Майкл. «Секвенирование нанопор, которое некоторые называют« святым Граалем »секвенирования ДНК, революционизировало чтение даже самых сложных областей генома, которые до сих пор были полностью недоступны и неизвестны».

Наконец, когда исследователи изучали пакеты генетического материала, называемого гистонами, они обнаружили дополнительные изменения. Гистоновые белки упаковывают ДНК в структурные единицы, и модификации этих гистонов обеспечивают возможность доступа к гену для использования клеткой (уровень регуляции, называемый эпигенетикой). В зависимости от того, где Т-ДНК была интегрирована, некоторые близлежащие модификации гистонов появлялись или исчезали, потенциально изменяя регуляцию или активацию других соседних генов.

«Теперь у нас есть первое понимание высокого разрешения о том, как вставки Т-ДНК могут формировать локальную среду эпигенома», — говорит Цандер.

Исследователи говорят, что в идеальном мире T-ДНК будет вставлять одну функциональную копию нужного гена без побочных побочных эффектов на геном растения. Хотя их результаты показывают, что это редко встречается у арабидопсиса, их методы предлагают путь к лучшему пониманию и наблюдению за последствиями.

«Эта технология интересна тем, что дает нам более четкое представление о том, что происходит в некоторых из этих трансгенных линий арабидопсиса» , — говорит Ривкин.

«С Arabidopsis это относительно просто, потому что у него такой маленький геном, но из-за постоянного совершенствования технологии секвенирования ДНК, мы ожидаем, что этот подход будет возможен и для сельскохозяйственных культур» , — добавляет Экер, который является председателем Международного совета Salk по генетике. , «Современные методы требуют скрининга сотен трансгенных линий, чтобы найти хорошо работающие линии, такие как без дополнительных вставок, поэтому эта технология может обеспечить более эффективный подход».

Новые технологии позволяют получить более детальную информацию о модифицированных растениях



Новости партнеров

Загрузка...