Japon araştırmacılar bitki mitokondriyal DNA'sını ilk kez başarıyla düzenledi
Japon araştırmacılar bitki mitokondriyal DNA'sını ilk kez başarıyla düzenlediler. Solda başlık pirinç ve sağda steril pirinç
Japon araştırmacılar, bitki mitokondriyal DNA'sını ilk kez başarıyla düzenlediler ve bu da daha güvenli bir gıda tedarikine yol açabilir.
Nükleer DNA ilk olarak 1970'lerin başında düzenlendi, kloroplast DNA'sı ilk olarak 1988'de düzenlendi ve hayvan mitokondriyal DNA'sı 2008'de düzenlendi. Bununla birlikte, daha önce hiç kimse bitki mitokondriyal DNA'sını başarıyla düzenlemedi.
Tokyo Üniversitesi'nde bitki moleküler genetiği uzmanı Shinichi Arimura
Tokyo Üniversitesi'nde bitki moleküler genetiği uzmanı olan Shin-ichi Arimura ekibi, bu tekniği dört yeni pirinç çeşidi ve üç yeni kolza tohumu oluşturmak için kullandı.
Shinichi Arimura şakayla karışık: "Pirinç bitkisinin şeklinin 'daha kibar' olduğunu gördüğümüzde başardığımızı biliyoruz. Derin bir yayı var. Daha fazla buğday kulağı olan pirinç bitkileri bükülecek."
Shinichi Arimura'nın sonuçları Nature Plants dergisinde yayınlandı. Japonya'daki Tohoku Üniversitesi ve Tamagawa Üniversitesi'nden işbirlikçiler de bu araştırmaya katkıda bulundu.
Gıda arzının genetik çeşitliliği
Araştırmacılar, bu teknolojiyi, gıda tedarikimizde potansiyel olarak yıkıcı bir zayıflık olan ürünlerdeki mitokondriyal genetik çeşitlilik eksikliğini çözmek için kullanmayı umuyorlar.
1970'te Teksas'taki mısırda mantar enfeksiyonu yaşandı ve mısır mitokondriyumundaki bir gen enfeksiyonu şiddetlendirdi. Çiftlikteki tüm mısırlar aynı genlere sahip olduğundan hiçbiri enfeksiyona dirençli değildir. O yıl, ABD mısır mahsulünün% 15'inde hasat yoktu. O zamandan beri, Amerika Birleşik Devletleri hiçbir zaman bu spesifik mitokondriyal genle mısır ekmedi.
Shinichi Arimura, "Dünyada kullanılan çok az bitki mitokondriyal genomu olduğu için şu anda büyük risk altındayız. Ürün çeşitliliğini artırmak için bitki mitokondriyal DNA'sını işlemek için teknolojimizi kullanmak istiyorum." Dedi.
Polensiz bitkiler
Günümüzde çoğu çiftçi, yeniden dikmek için hasat edilen mahsullerden tohum çıkarmıyor. Hibrit bitkiler, genetik olarak farklı iki ana alt türün ilk yavrularıdır ve genellikle daha güçlü ve daha üretkendir.
Çiftçilerin her mevsim taze birinci nesil hibrit tohumlara sahip olmasını sağlamak için, tarımsal tedarik şirketleri iki farklı ana alt tür kullanarak ayrı yetiştirme süreçleri ile tohum üretir. Erkek ebeveynlerden biri polen yapamaz. Araştırmacılar, sitoplazmik erkek kısırlığı (CMS) olarak yaygın bir bitki erkek kısırlığı türünden bahseder. Sitoplazmik erkek kısırlığı, nadir fakat doğal olarak meydana gelen bir fenomendir, esas olarak mitokondrinin neden olduğu.
Maş fasulyesi, pancar, havuç, mısır, soğan, petunya, kolza tohumu, pirinç, çavdar, sorgum ve ayçiçeği, sitoplazmik erkeklerle ana alt türler kullanılarak ticari olarak yetiştirilebilir.
Arabidopsis yaprak epidermal hücrelerindeki bitki mitokondrileri, hücre etrafında hızla hareket eder
Kloroplastın ötesinde
Bitkiler enerjilerinin çoğunu kloroplastta fotosentez yoluyla üretmek için güneş ışığını kullanırlar. Bununla birlikte, Shinichi Arimura'ya göre, kloroplastların rolü fazla tahmin edilmektedir.
Dedi ki: "Çoğu bitki yeşil değildir. Çoğu bitkinin yarım yıldan uzun bir süredir yaprağı yoktur."
Bitkiler enerjiyi hayvan hücreleriyle aynı "hücresel enerji" ile yani mitokondri yoluyla elde ederler. Shinichi Arimura inanıyor: "Bitki mitokondrileri olmadan hayat olmaz."
Mitokondri, hücrenin çekirdeğinde depolanan ana DNA'sından tamamen ayrılmış DNA içerir. Nükleer DNA, her iki ebeveynden miras kalan uzun çift sarmallı genetik materyaldir. Mitokondriyal genom yuvarlaktır, çok daha az gen içerir ve esas olarak anne tarafından miras alınır.
Hayvan mitokondriyal genomu, hayvan türleri arasında önemli ölçüde korunan, tek bir dairesel yapıda bulunan nispeten küçük bir moleküldür.
Shinichi Arimura, "Bir balığın mitokondriyal genomu bile bir insanınkine benzer." Dedi.
Hem hayvan hücrelerinde hem de bitki hücrelerinde mitokondri vardır, ancak yapıları farklıdır.
Bitki mitokondriyal genomları, hayvan mitokondrilerinden farklıdır. Shinichi Arimura şunları söyledi: "Bitki mitokondriyal genomları nispeten büyüktür ve çok daha karmaşık bir yapıya sahiptir. Genler bazen kopyalanır. Gen ekspresyon mekanizması hala belirsizdir. Bazı mitokondrilerin hiç genomu yoktur. Önceki çalışmalarımızda, diğer mitokondriyallerle kaynaştıklarını gözlemledik. Protein ürünlerini değiştirin ve ardından tekrar ayırın. "
Bitki mitokondriyal DNA'sını manipüle etme
Shinichi Arimura, karmaşık bitkilerin mitokondriyal genomunu manipüle etmenin bir yolunu bulmak için, pirinç ve kolza tohumunun sitoplazmik erkek kısırlık sistemine aşina olan bilim insanlarıyla işbirliği yaptı.
Önceki çalışmalar, bu iki bitkide sitoplazmik erkek kısırlığının sebebinin pirinç ve kolza tohumundaki evrimsel olarak ilişkisiz tek bir mitokondriyal gen olduğunu güçlü bir şekilde göstermiştir.
Shinichi Arimura'nın ekibi mitokondriyal genomu bulmak, DNA'yı istenen gene kesmek ve silmek için tek bir protein kullanan mitoTALEN'ler adı verilen bir teknik kullandı. Shinichi Arimura, "Çoğu genin silinmesi sorunlara neden olsa da, sitoplazmik erkek kısırlık geninin silinmesi bitkilerdeki sorunları çözecektir. Sitoplazmik erkek kısırlık geni yoksa bitki çoğalacaktır" dedi.
Araştırmacılar, mitoTALEN teknolojisinin karmaşık bitki mitokondriyal genomlarını bile başarılı bir şekilde manipüle edebildiğini kanıtlayan dört yeni pirinç serisi ve üç yeni kolza tohumu çeşidi yarattı.
Shinichi Arimura, "Bu, bitki mitokondri çalışmalarında önemli bir ilk adımdır" dedi.
Araştırmacılar, bitkilerde erkek kısırlığından sorumlu mitokondriyal genleri daha ayrıntılı olarak inceleyecek ve çok ihtiyaç duyulan çeşitliliği artırabilecek potansiyel mutasyonları belirleyecektir.
