Son olarak, bilim adamları en karmaşık genomlardan birini deşifre ettiler
1. Buğday genomunun deşifre edilmesi
2002'de bilim adamları pirincin genomunu deşifre ettiler. 2008 yılında soya fasulyesi genomu üzerindeki çalışmaları tamamladılar. 2009'da mısırın genomunun haritasını çıkardılar. Şimdiye kadar, uzun zamandır beklenen buğday genomu sıralandı. Bu gecikme, kesinlikle buğdayın önemli olmadığı için değil ... Buğday şüphesiz dünyanın en önemli mahsullerinden biridir ve ekim alanı diğer mahsullerden daha büyüktür. ancak, Buğday aynı zamanda bilim tarafından bilinen en karmaşık genomlardan birine sahiptir. .
Birincisi, buğdayın genomu son derece büyüktür. Dizilenecek ilk bitki olan Arabidopsis (Arabidopsis) 135 milyon nükleotid içeren bir genoma sahiptir ve insan genomu 3 milyar içerir. 16 milyar buğday ! Buğdayın yalnızca bir 3B kromozomu, tüm soya fasulyesi genomundan daha büyüktür.
Kromozom (solda) ve gen dizisinin (sağda) şematik diyagramı. | Resim kaynağı: Wikipedia
Daha da kötüsü, Buğday genomu aslında üç genin bire bir kombinasyonudur. . Yaklaşık 500.000 yıl önce, o zaman insanlar henüz ortaya çıkmamıştı. İki yabancı otun melezleşmesi bugün Ermer buğday olarak bildiğimiz şeyi oluşturdu (Emmer buğdayı), yapay olarak yetiştirilen emmer buğdayı artık makarna yapımında kullanılıyor Makarnalık buğday (Makarnalık buğday). İnsanlar tarlalarda yenilebilir buğday yetiştirmeye başladıktan sonra, bu karışıma yanlışlıkla üçüncü bir ot eklenmiş ve bu da bugün ekmekten biraya kadar kullanılan ürünlerle sonuçlanmıştır. Ortak buğday (Ekmeklik buğday). Bu karmaşık tarih, ortak buğdaya, her biri 7 çift olan üç atasal ottan türetilen, benzer kromozomların üç setini verdi. Teknik açıdan, bu bir Hexaploid genom . Sıradan buğdayın genom dizilimi için bu, yoğun ve hava geçirmez bir ormanda harita olmadan yürümek gibi büyük bir sıkıntı.
Sıradan buğdayın genomu, üç atasal yabani otun her birinden bir dizi gen içerir, bu nedenle üç takım kromozom vardır. | Resim kaynağı: Wikipedia
Genel olarak konuşursak, genetikçiler genom dizilimi gerçekleştirirken, önce DNA'yı küçük parçalara bölerler, her bir parçayı ayrı ayrı okurlar ve sonra onları yeniden birleştirirler. Bununla birlikte, her bir kromozom altı kez ortaya çıkarsa, herhangi bir parçayı nereye geri koyacağımızı nasıl bileceğiz?
ve, Buğday DNA'sının% 85'i tekrarlayan dizilerden oluşur Sonuç olarak, bir çift parçanın doğru karşılık gelen kromozomu bilinse bile, bu kromozom üzerindeki kesin konumunu belirlemek hala ağır bir görevdir. Bu, resmin aynı mavi gökyüzünü art arda üç kez tasvir ettiği büyük bir yapboz oynamak gibi.
Science dergisinde bu hafta yayınlanan bir makalede, 20 ülkeden bir grup bilimsel araştırmacı Uluslararası Buğday Genom Dizileme Konsorsiyumu (IWGSC), "Çin Baharı" başlıklı bir yayınladı (Çin Baharı) Buğday çeşitlerinin neredeyse tamamlanmış genom verileri, 107.000'den fazla genin 21 kromozomda ortak buğdayın haritasını çıkarmıştır. . 2005 yılında genomu deşifre etmeye başladılar ve şimdi 14 yıl geçti ve araştırma fonu için yaklaşık 75 milyon dolar harcadılar.
Buğdayın genom dizilemesinin araştırma sonuçları bu haftanın "Science" dergisinde yayınlandı. | Resim kaynağı: Bilim
Takım lideri Kellye Eversole şunları söyledi: "Süreç boyunca kimse işlerin nereye gittiğini bilmiyordu. Sonunda bu çalışmayı tamamladık. Bu bir mucize." Son zamanlarda, California Üniversitesi, Davis buğdayın yüksekliğini düzenleyen genleri keşfetti. Jorge Dubcovsky şunları söyledi: "Eskiden birkaç yıl süren şey artık bir günde tamamlanabilir. Bu bir Google haritasıyla yürümek gibi."
Beklenmedik bir şekilde, Johns Hopkins Üniversitesi'nden Steven Salzberg liderliğindeki altı kişilik bir ekip, uzun DNA dizilerini okumak için yeni bir teknoloji kullandı ve geçen yıl neredeyse eksiksiz bir buğday genomu yayınladı. Bununla birlikte, geni tanımlamadılar ve genin kromozom üzerindeki yerini belirlemediler. Eversol, ekibin başarılarından övgüyle bahsetse de, bu sürümün "IWGSC sonuçlarında yer alan ayrıntılardan yoksun olduğunu ve yetiştiriciler için bu ayrıntıların anahtar olduğunu" gördüler.
2. Buğday üretimini artırmak için umut veriyor
1960'ların "Yeşil Devrimi" nden sonra, mahsul yetiştiricileri buğday üretimini büyük ölçüde artırdı. Bununla birlikte, o zamandan beri, buğday genomunun yüksek karmaşıklığı nedeniyle, geleneksel ıslah ve genetik teknoloji yoluyla verimi artırma çabaları zor olmuştur.
Eversole, "Mısır genomunun dizilenmesinin daha iyi mısır çeşitlerinin oluşmasında büyük etkisi var." Tam tersine, buğday üretimi geride kaldı ve son zamanlarda bu mahsulün geliri azaldı, bu da araştırmalara göre ciddi sorunlara neden olacak. Personel tahminleri, 2050'ye kadar dünyanın hızla artan nüfusu beslemek için buğdayı% 60 artırması gerekiyor .
Ulusal Tarımsal Botanik Enstitüsü'nden Alison Bentley şunları söyledi: "Buğday bazlı bir diyet hakkında ne düşünürseniz düşünün, küresel gıda güvenliğindeki öneminden kaçınamazsınız." Geçmişe rağmen insanların buğday ıslahı yaptığına inanıyor. Büyük ilerleme kaydedildi, ancak buğday genom araştırmalarının yardımıyla her şey hızlanacak.
Geleneksel olarak, yeni buğday çeşitleri yaratmak için pek çok girişim ve başarısızlık olmuştur (örneğin, şiddetli soğuğa, mantar hastalıklarına, vb.). ABD, Oklahoma'da bir çiftlik ailesinde büyüyen Eversole, Çeşitli genetik materyalleri buğday hibridizasyonu yoluyla birleştiriyoruz. Bütün bir yıl süren uzun bir ıslah sürecinden sonra, yeni çeşidin doğru genetik kombinasyona sahip olmasını umuyoruz. Bu birkaç yıl sürecek. "Ancak, artık genomun tamamı bilindiğine göre, yetiştiriciler belirli özelliklerin arkasındaki genleri belirleyebilir ve bu genlerin mahsullerinde mevcut olmasını sağlayabilir. O ekledi: " Bunun amacı, yetiştiriciler için daha iyi bir alet kutusu oluşturmak ve böylece yetiştiricilerin gelirini artırmaktır. . "
Ekmeklik buğday. | Resim kaynağı: Wikipedia
Bu aslında gerçek oldu. Ekip, tamamlanmış genomu uzun vadeli zorluğu tanımlamak için kullandı Buğday saplarının iç yapısını etkileyen genler (Bu genin adı TraesCS3B01G608800'dür). Bitkiler bu genin daha fazla kopyasına sahipse, gövdeleri içi boş değil katı olacaktır, bu da onları kuraklığa ve böcek zararlılarına karşı daha dirençli hale getirir . Yetiştiriciler, genleri saymak için genetik teşhis testlerini kullanarak artık katı gövdeler için gereken genleri verimli bir şekilde seçebilirler.
Buna ek olarak, Mayıs ayında Birleşik Krallık'taki John Innes Center'daki (JIC) bitki genetikçileri, Tane boyutuyla ilgili genler Ardından buğday genini mutasyona uğratmak için CRISPR gen düzenleme teknolojisini kullanın, böylece buğdayın tane boyutunu% 20 artırın. CRISPR, bakterilere saldıran virüslerin gen parçalarını içeren bakterilerdeki bir DNA dizisidir.Bakteriler, bu gen parçalarını aynı virüsten gelen saldırıları tespit etmek ve bunlara direnmek ve DNA'larını yok etmek için kullanır. İnsanlar, hayattaki bazı genleri doğru ve verimli bir şekilde düzenlemek için bu gen parçalarını kullanabilir.
JIC'deki araştırmacılar, bitki yaşam döngüsündeki farklı zaman noktalarında ve farklı organizasyonlarda genetik aktiviteleri kaydetmek için IWGSC verilerinin oluşturulmasına katılıyor. 850 kayıt aldılar Messenger RNA seviyeleri Kuraklık, haşere saldırıları vb. Sırasında hangi genlerin aktif olduğunu ölçmek için anlık görüntüler. Amaç, mahsul verimini ve diğer özellikleri belirleyen gen ağını izlemektir.
Meksika'daki Uluslararası Mısır ve Buğday İyileştirme Merkezi'nden Ravi Singh, "Yetiştiricilerin genomik araştırmalardan yararlanmaları biraz zaman alacak. Ancak kendi projemizde, bu kaynağı zaten gizli olanları tespit etmek için kullanıyoruz. Mahsul verimi, hastalık direnci, ısı ve kuraklık ve beslenme seviyeleri gibi özelliklerin arkasındaki önemli gen dizileri. "
3. Buğdayın yaşam döngüsünü değiştirin
IWGSC ayrıca, buğdayın çimlenmesi ve büyümesiyle yavaş yavaş aktive olan farklı genleri ve bu aktivite modellerinin buğday genomunun üç kromozom setinde nasıl değiştiğini incelemeye başladı. Yaygın olarak yetiştirilen buğday çeşitlerinin tohumları, bir sonraki baharda filizlenmeden önce yeraltındaki soğuk kışta hayatta kalmalıdır. Geçen yıl bitki genetikçisi Antje Rohde, ekibinin Gecikmiş çimlenmeyle ilgili anahtar genler , Bu geni CRISPR teknolojisi ile yok etmeyi ve böylelikle buğday yetiştirme döngüsünü kısaltmayı umuyorlar.
Bilim adamları, bitkilerin yaşam döngüsündeki belirli zaman noktalarında belirli genleri nasıl çalıştıracaklarını bilirlerse, insanların dört mevsim ve ortamdaki değişikliklere göre gerçek zamanlı olarak buğday yetiştirmesi mümkündür. Bentley, "Bu çok güzel bir şey olacak" dedi.
Tek uyarısı, yeni genomun alışılmadık bir buğday çeşidinden - "Çin Baharı" ndan geldiğidir ve pek çok yetiştirici onları buğday olarak tanımaz. Ancak, birçok erken buğday araştırmasının temeli olarak "Çin Baharı" tarihte çok önemli bir rol oynadı. Artık bu çeşidin genomu çıktığına göre, bilim adamlarının daha fazla ürün çeşidini sıralaması ve farklı özelliklerin genetik temelini anlamaları çok daha kolay olacak.
4. Buğday proteini alerjisi olanlar için iyi haber
Araştırmacılar aynı zamanda buğdayın "karanlık yüzünü" daha kolay uzlaştırabilirler. Birçok insanın glüten ve diğer buğday proteinlerine alerjisi vardır. Çölyak hastalığı, fırıncı astımı, çölyaksız buğday hassasiyeti gibi bağışıklık sistemi bozukluklarına yol açar. Norveç Yaşam Bilimleri Üniversitesi'nden Odd-Arne Olsen, bilim adamları kendileriyle ilgili birçok spesifik proteini tanımlamayı başardılar. "Bundan önce (genom bilgisine sahip olmadan önce), bilim adamları bu proteinleri kodlayan genleri daha fazla belirleyemediler." Dedi. şimdi Ekibi, 127'si yeni bilimsel keşifler ve 222'si bilinen 365 gen tanımladı, ancak bunların dizilimleri geçmişte yanlıştı. .
Ekip ayrıca şunu buldu: Yüksek sıcaklık koşullarında yetiştirilen buğday, çölyak hastalığına neden olmasının yanı sıra daha fazla alerjen üretecektir. Bu, küresel ısınma ile birlikte unlu mamullerin alerjiye daha duyarlı hale gelebileceği anlamına geliyor. Ancak belki de alerjenlerin arkasındaki genleri anlayarak, yetiştiriciler bu eğilimi durdurabilecek ve daha az alerjen içeren buğday çeşitleri yaratabilecekler.
Tabii ki işler o kadar basit olmayacak. Olsen işaret etti, Buğday alerjisine neden olan protein aynı zamanda unun pişirme kalitesini de belirler. . Benzer şekilde, Eversole şunu belirtti: Daha fazla protein içeren buğday çeşitleri de daha düşük verim verme eğilimindedir. . İşler her zaman tatmin edici değildir ve artılar ve eksiler arasında değiş tokuşlar vardır, ancak ekip, tüm genomun bilinmeyeni daha kolay keşfetmeleri için onlara rehberlik edeceğini umuyor.
Yetiştiriciler, genomdaki bilgileri kullanarak, mahsullerin özelliklerini hızla değiştirmek için CRISPR gibi gen düzenleme tekniklerini de kullanabilirler. Çiçeklenmeyi etkileyen buğday genlerini belirleyerek ve ardından genleri değiştirmek için CRISPR kullanarak IWGSC, normalden birkaç gün önce çiçek açan buğday çeşitleri yarattı ve bu değişimin ne kadar kolay olabileceğini gösterdi. Bu teknikler, yabani buğday çeşitlerinden yapay olarak ekilmiş çeşitlere üstün özellikler aktarmak için de kullanılabilir.
Bu değişikliklerin önündeki başlıca engeller, kamuoyu onayı ve düzenleyici kısıtlamalardır. Geçen ay, Avrupa Birliği Yüksek Mahkemesi, CRISPR tarafından düzenlenen mahsuller, genetiği değiştirilmiş organizmalar olarak kabul edilir, ancak CRISPR süreci diğer organizmalardan genlerin eklenmesini içermez. . Bu mahsul artık uzun ve pahalı bir onay süreciyle karşı karşıya kalacak. Olsen, "Bilgimiz ve araçlarımız olmasına rağmen, bunu başarmak hala kolay değil" dedi.
Ancak bilim insanlarının çabalarının, bu dünyanın en önemli mahsulünün yeni çeşitlerini yetiştirmeyi kolaylaştıracağına şüphe yok.
Derleme: Timsah
https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/08/wheat-genome-is-best-thing-since-sliced-bread/567673/
