متخصصان ژنتیک مولکولی گیاهی کد اپی ژنتیک را کشف کرده و شروع به شکستن می کنند


هنگامی که گیاهان چالش های محیطی مانند خشکسالی یا دوره های طولانی دمای شدید را احساس می کنند، به طور غریزی مواد ژنتیکی خود را برای زنده ماندن و حتی رشد مجدد برنامه ریزی می کنند. کد شیمیایی که باعث ایجاد این تغییرات می شود را می توان رمزگشایی کرد و سپس برای تولید محصولات قوی تر، مولدتر و انعطاف پذیرتر تکرار کرد.

این نتیجه‌گیری تیمی از ژنتیک‌دانان گیاه مولکولی ایالت پن است که اولین مطالعه را در مورد این اثرات برنامه‌ریزی مجدد انجام دادند و کد «برنامه‌ریزی مجدد اپی ژنتیک» را کشف کردند که منجر به بیان و بیان بیش از حد برخی از ژن‌ها و خاموش شدن برخی دیگر می‌شود. محققان معتقدند درک و استفاده از این فرآیند برنامه‌ریزی مجدد، برای پرورش محصولاتی که می‌توانند تغییرات آب و هوایی ناشی از تغییرات آب و هوایی را تحمل کنند، حیاتی خواهد بود.


آلنکا هافنر، دانشجوی فارغ التحصیل زیست شناسی را ترک کرد و از نزدیک با محقق اصلی هاردیک کوندریا، محقق ارشد در کالج علوم ابرلی، در این پروژه همکاری کرد. در اینجا آنها در حال ارزیابی گیاهان آرابیدوپسیس هستند که قدرت رشد اپی ژنتیکی افزایش یافته را نشان می دهند. اعتبار: ایالت پن. عوام خلاق

سالی مکنزی، سرپرست تیم، استاد علوم گیاهی در کالج علوم کشاورزی و استاد زیست‌شناسی در کالج علوم ابرلی، گفت: «گیاهان می‌توانند وارد این حالت‌های جدید شوند – یا رشد بسیار شدیدی دارند یا مثلاً برای مقاومت در برابر استرس غرق می‌شوند. . “به عبارت دیگر، ما مجبور نیستیم که برای این کار تلاقی کنیم. ما نیازی به افزودن ژن های جدید نداریم، زیرا گیاهان در واقع به خودی خود به آن حالت می روند.”

مکنزی توضیح داد که توانایی انطباق نسبتاً سریع با تغییرات محیطی از طریق این حالت‌های ناشی از استرس از طریق نسل‌های زیادی منتقل می‌شود، زیرا گیاهان از طریق فرآیندی شامل یک واکنش شیمیایی به نام متیلاسیون DNA «به یاد می‌آورند».

هاردیک کوندریا، محقق اصلی، دانشگاه را ترک کرد و آلنکا هافنر، دانشجوی فارغ التحصیل، داده‌های آنالیز متیلاسیون DNA از گیاهان آرابیدوپسیس را بررسی کرد. اعتبار: ایالت پن. عوام خلاق

مکنزی، کرسی ژنومیک عملکردی لوید و داتی هاک، اشاره کرد که رابطه بین تغییرات اپی ژنتیکی و شبکه‌های ژنی که بر ویژگی‌های رشد گیاه تأثیر می‌گذارند – که او آن را «تغییر مجدد متیلاسیون DNA درون ژنی» می‌نامید – قبلاً مطالعه نشده بود. او خاطرنشان کرد که این نوع تحقیق از روش‌های تخصصی تحلیل داده‌ها و همچنین ظرفیت محاسباتی عظیم استفاده می‌کند که هر دو در ایالت پن در دسترس هستند.

در یک مطالعه قبلی، گروه تحقیقاتی مکنزی کشف کردند که دستکاری یک ژن، که MSH1 نامیده می‌شود، به آن‌ها اجازه می‌دهد تا طیف وسیعی از شبکه‌های انعطاف‌پذیری گیاه را کنترل کنند. و با القای گیاه برای “تشخیص” استرس پس از خاموش شدن ژن MSH1، گیاه می تواند رشد خود را تنظیم کند، پیکربندی ریشه را تغییر دهد، زیست توده در سطح زمین را محدود کند، زمان گلدهی را به تاخیر بیاندازد و پاسخ خود را به محرک های محیطی تغییر دهد.

اما مکنزی معتقد است که پتانسیل این فناوری بسیار فراتر از علم گیاهی است.

او گفت: “از آنجایی که این یک “زبان” اپی ژنتیک است و نه فقط یک ویژگی سیستم MSH1، پیامدهای گسترده تری دارد.” “مطالعه ما احتمالاً به ما امکان می دهد از این روش رمزگشایی جدید برای کمک به تشخیص اولیه بیماری در حیوانات یا انسان ها استفاده کنیم. هر زمان که یک سیستم بیولوژیکی “ناکارآمد” یا اصلاح شود، پیش بینی می شود که متیلوم نشانه ای را ارائه می دهد.”

در جدیدترین مطالعه که توسط هاردیک کوندریا، محقق ارشد کالج علوم ابرلی و یکی از اعضای گروه مکنزی هدایت شد، محققان تلاش خود را بر روی گیاه گلدار کوچک آرابیدوپسیس متمرکز کردند. همچنین به عنوان شاهی گوش موش، خویشاوند کلم و خردل در خانواده Brassica یکی از ارگانیسم‌های مدلی است که برای مطالعه زیست‌شناسی گیاهی استفاده می‌شود و اولین گیاهی است که کل ژنوم آن تعیین توالی شد.


سالی مکنزی، راست، استاد علوم گیاهی در کالج علوم کشاورزی و استاد زیست شناسی در کالج علوم ابرلی، که کرسی ژنومیک عملکردی لوید و داتی هاک است، ویژگی های رشد آرابیدوپسیس تغییر یافته اپی ژنتیکی را با هاردیک کوندریا بحث می کند. مرکز، محقق ارشد در کالج علوم Eberly و عضو گروه مکنزی، و Xiaodong Yang، استادیار پژوهشی. اعتبار: ایالت پن. عوام خلاق

در مطالعه‌ای که اخیراً در Genome Biology منتشر شده است، محققان ژن MSH1 را دستکاری کردند تا حداقل چهار حالت غیر ژنتیکی متمایز را ایجاد کند تا بر پاسخ استرس گیاه و قدرت رشد تأثیر بگذارد. آنها با مقایسه متقابل داده‌های این چهار حالت، اهداف ژنی خاصی از تغییرات اپی ژنتیکی را در ژنوم شناسایی کردند، جایی که می‌توانستند داده‌های مربوط به رشد گیاه را شناسایی و رمزگشایی کنند.

محققان گزارش دادند که دستکاری آن ژن منجر به تغییراتی در ظاهر بیرونی گیاه و ویژگی‌های رشدی می‌شود که به طور بالقوه می‌تواند برای بقای آن مفید باشد، مانند کند شدن رشد، تاخیر در گلدهی، افزایش قدرت رشد، و دانه‌بندی بیشتر نسبت به نوع وحشی Arabidopsis. .

همچنین رابرسی سانچز و ژیائودونگ یانگ، هر دو استادیار زیست شناسی در این تحقیق مشارکت داشتند. و آلنکا هافنر، دانشجوی مقطع دکترا در زیست شناسی محاسباتی که در حال مطالعه برنامه ریزی مجدد متیلوم است.

برای اطلاعات بیشتر:
دانشگاه پن استیت
www.news.psu.edu



منبع