Ένα γονίδιο πιο κοντά σε ένα σούπερ σόργο


Ένα γονίδιο πιο κοντά σε έναν Σούπερμαν από σόργο

Ο Sanghun Lee, επιστημονικός συνεργάτης στο Πανεπιστήμιο Purdue, παρασκευάζει δείγματα μύκητα ανθρακνόζης. Ο Lee είναι μέρος μιας ομάδας ερευνητών που εργάζονται για να κάνουν το σόργο πιο ανθεκτικό για να βελτιώσει την επισιτιστική ασφάλεια για εκατομμύρια. Συντελεστής: Φωτογραφία του Πανεπιστημίου Purdue/Tom Campbell

Οι επιστήμονες ακονίζουν τα χαρακτηριστικά της ταχύτητας, της δύναμης και του σχεδόν άτρωτου σε μια σημαντική καλλιέργεια τροφίμων που, σαν υπερήρωας, θα βοηθήσει στην προστασία των ευάλωτων.


Επιτυγχάνοντας ένα ορόσημο στην αναζήτηση του Υπερανθρώπου των φυτών σόργου, οι επιστήμονες εντόπισαν ένα μόνο γονίδιο που παρέχει ευρεία προστασία από τις μυκητιασικές ασθένειες ανθρακνόζη, σκουριά και κηλίδα-στόχο.

Κοιτάζοντας πιο προσεκτικά το γονιδίωμα του φυτού, ανακάλυψαν επίσης τι μπορεί να ήταν ο κρυπτονίτης σε αυτή τη σούπερ δύναμη και ασυνήθιστα κομμάτια κινητού DNA που εμπλέκονται στην .

Το γονίδιο που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, με το όνομα Anthracnose Resistance Gene1, ή ARG1, είναι ασυνήθιστο από πολλές απόψεις, δήλωσε ο Tesfaye Mengiste, καθηγητής και προσωρινός επικεφαλής του Τμήματος Βοτανικής και Φυτικής Παθολογίας του Purdue.

«Αν και κάποια φυσική αντοχή σε μυκητιασικές ασθένειες ήταν γνωστή στο σόργο, δεν είχαν εντοπιστεί γονίδια που προσδίδουν τέτοια ευρεία αντίσταση», είπε. «Είναι αξιοσημείωτο ότι α οδηγεί σε αντίσταση σε ένα ευρύ φάσμα μυκήτων και πολλαπλών στελεχών του μύκητα ανθρακνόζης».

Μια ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου Purdue, συμπεριλαμβανομένης της βραβευμένης με Παγκόσμιο Βραβείο Τροφίμων του 2009, Gebisa Ejeta, έκανε τις ανακαλύψεις μέσω ενός έργου που υποστηρίζεται από την Υπηρεσία Διεθνούς Ανάπτυξης των ΗΠΑ (USAID) Feed the Future Innovation Lab for Collaborative Research on Sorghum and Millet.

Η κλιματική αλλαγή προβλέπεται να αυξήσει τον αριθμό και τη σοβαρότητα των ασθενειών των φυτών, δήλωσε ο Mengiste, επικεφαλής της έρευνας.

«Χρειαζόμαστε πιο ισχυρό έλεγχο των ασθενειών για να διατηρήσουμε την παγκόσμια προσφορά τροφίμων και αυτά τα αξιοσημείωτα φυτά είναι ένα βήμα μπροστά μας», είπε ο Mengiste. “Διαφορετικές ποικιλίες σόργου έχουν εξελιχθεί με διαφορετικές δυνάμεις και αντοχή στις ασθένειες. Μέσω της γενετικής και της φυτοεπιστήμης προσπαθούμε να τους βοηθήσουμε σε αυτή τη διαδικασία προσαρμογής σε ένα μεταβαλλόμενο περιβάλλον.”

Βρίσκοντας το γονίδιο που είναι υπεύθυνο για ένα επιθυμητό χαρακτηριστικό, οι επιστήμονες μπορούν να δημιουργήσουν ετικέτες βιοδεικτών που επιτρέπουν στους κτηνοτρόφους να δοκιμάσουν γρήγορα την παρουσία του και να το ενσωματώσουν σε μια ποικιλία σόργου που έχει άλλα ευεργετικά χαρακτηριστικά. Το έργο της ομάδας περιγράφεται λεπτομερώς σε άρθρο στο περιοδικό Το Φυτικό Κύτταρο.

«Η σημασία αυτής της δουλειάς δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί», είπε η Ejeta, διακεκριμένη καθηγήτρια γεωπόνος στο Purdue και εκτελεστικός διευθυντής του Purdue Center for Global Food Security. «Πρόκειται για μια σημαντική επιστημονική ανακάλυψη και το αποκορύφωμα δεκαετιών συνεργατικής έρευνας για τη βελτίωση του σόργου στο Purdue μαζί με εταίρους σε αναπτυσσόμενες χώρες».

Το σόργο είναι μια βασική καλλιέργεια δημητριακών για την επισιτιστική ασφάλεια σε όλο τον κόσμο, είπε ο Mengiste, ο οποίος είναι μέρος του Purdue’s Next Moves in plant Sciences και του Purdue’s Center for Plant Biology.

«Είναι ένα πολύ ανθεκτικό φυτό από πολλές απόψεις, αλλά οι μυκητιασικές ασθένειες μπορούν να το εξαφανίσουν», είπε. «Η ανθρακνόζη είναι ένα από τα πιο σημαντικά από αυτά τα παθογόνα και προσβάλλει όλα τα μέρη του φυτού: φύλλα, μίσχο και κεφάλι. Δεν αφήνει τίποτα που να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τρόφιμα, η κύρια χρήση του στην Αφρική ή βιοκαύσιμα και ζωοτροφές, οι χρήσεις του σε οι Ηνωμένες Πολιτείες.”

Επιτυχημένα βήματα για να τροφοδοτήσουν το μέλλον

Το 2014, η USAID μέσω του Εργαστηρίου Καινοτομίας Feed the Future Innovation Lab για Συνεργατική Έρευνα για το Σόργο και το Κεχρί, το οποίο διαχειρίζεται το Πανεπιστήμιο του Κάνσας, έκανε μια αρχική επένδυση στην αναζήτηση αντοχής φυτών-ξενιστών κατά της ανθρακνόζης στην Αιθιοπία.

«Στόχος μας είναι να αυξήσουμε την ανθεκτικότητα και την επισιτιστική ασφάλεια των καλλιεργητών και των καταναλωτών σόργου στην Αιθιοπία και τη Δυτική Αφρική», δήλωσε ο Timothy J. Dalton, διευθυντής του εργαστηρίου και καθηγητής γεωργικών οικονομικών στο Κάνσας. “

Πίστωση: Πανεπιστήμιο Purdue

Ο Mengiste και μια προηγούμενη ομάδα επιστημόνων που συνδέονται με το Feed the Future Innovation Lab και από την Αιθιοπία έχουν ήδη αναπτύξει με επιτυχία μια ποικιλία που ονομάζεται Merera, μια ποικιλία σόργου που έχει ενισχύσει την αντοχή στις ασθένειες και τα πτηνά και παράγει καλύτερη απόδοση.

«Καθώς τα γεγονότα της κλιματικής αλλαγής μετατοπίζουν ή καθιστούν αναγκαία την παραγωγή ξηρών καλλιεργειών όπως το σόργο σε περιοχές με υψηλότερες βροχοπτώσεις ή αρδευόμενες περιοχές, οι ασθένειες των φύλλων γίνονται ακόμη πιο σημαντικές», είπε ο Ejeta. «Ακριβώς σε εκείνες τις περιπτώσεις τα ισχυρά γονίδια γίνονται τόσο κρίσιμα».

«Ο χημικός έλεγχος είναι συχνά αναποτελεσματικός, δεν είναι οικονομικά εφικτός και δημιουργεί περιβαλλοντικές ανησυχίες», είπε. “Οι πιο αποτελεσματικές, οικονομικά βιώσιμες και φιλικές προς το περιβάλλον στρατηγικές ελέγχου ασθενειών περιλαμβάνουν τη χρήση φυτικών γονότυπων που είναι ανθεκτικοί στις ασθένειες. Αυτό θέλουν οι αγρότες και υιοθετούν νέες σειρές σόργου.”

Ένα ασυνήθιστο γονίδιο επηρεασμένο από παρασιτικό DNA

Η ρύθμιση του ARG1 είναι ασυνήθιστη. είναι ενσωματωμένο σε ένα δεύτερο γονίδιο και και τα δύο γονίδια φαίνεται να έχουν αλλοιωθεί από μικρές εκτάσεις κινητού DNA που ονομάζονται μετατιθέμενα στοιχεία.

Τα μεταφερόμενα στοιχεία είναι σαν μοριακούς ιούς ή παράσιτα που ζουν στο γονιδίωμα και μεταβιβάζονται από γενιά σε γενιά, δήλωσε ο Damon Lisch, αναπληρωτής καθηγητής βοτανικής και φυτοπαθολογίας που συμμετείχε στην έρευνα.

Το γονίδιο στο οποίο είναι ενσωματωμένο το ARG1 είναι ένα αντιπληροφοριακό RNA. Η έκφρασή του είναι αντίθετη με το ARG1, γεγονός που οδηγεί σε μια κατάσταση όπου τα δύο θα μπορούσαν να παρεμβαίνουν μεταξύ τους, είπε.

Όλα τα φυτά σόργου έχουν κάποια εκδοχή αυτών των δύο γονιδίων, αλλά οι ευαίσθητες ποικιλίες σόργου εκφράζουν μεγάλο μέρος του αντιπληροφοριακού RNA και πολύ λίγο του ARG1, το οποίο επίσης φαίνεται να κωδικοποιεί μια μη λειτουργική πρωτεΐνη, είπε. Η ανθεκτική στη νόσο εκδοχή του ARG1 εκφράζεται σε πολύ υψηλότερο επίπεδο, κωδικοποιεί μια λειτουργική πρωτεΐνη και σχετίζεται με ένα αντιπληροφοριακό γονίδιο RNA που απορρίπτεται, με αποτέλεσμα λιγότερες παρεμβολές.

Εδώ φαίνεται να μπαίνουν στο παιχνίδι τα μεταφερόμενα στοιχεία, είπε ο Lisch.

«Η εισαγωγή μεταφερόμενων στοιχείων είναι συχνά επιβλαβής», είπε. “Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση, φαίνεται ότι τα μεταφερόμενα στοιχεία ήταν ευεργετικά με τον “επαναπρογραμματισμό” και των δύο γονιδίων για τη βελτιστοποίηση της αντίστασης σε μυκητιακά παθογόνα. Κατά κάποιο τρόπο, έχει στερεώσει ένα σπασμένο σύστημα στα φυτά.

Ο Lisch ανακάλυψε τα μετατιθέμενα στοιχεία που σχετίζονται με το ARG1 όταν εξέτασε το γονιδίωμα των ανθεκτικών στις ασθένειες και των ευαίσθητων σειρών σόργου. Σπουδάζει και άλλο κινητό DNA, και του αρέσει να τα ψάχνει «για διασκέδαση» σε γονιδιώματα που μοιράζονται οι συνάδελφοι.

«Είναι γνωστό ότι τα μεταφερόμενα στοιχεία εμπλέκονται σε ορισμένες ασθένειες του ανθρώπου και των φυτών, αλλά η εμπλοκή τους στην αντοχή στις ασθένειες θεωρείται ασυνήθιστη—προς το παρόν», είπε. «Με τις τεχνολογικές εξελίξεις είμαστε σε θέση να εντοπίσουμε αυτούς τους παρασιτικούς κλώνους DNA μέσα σε μια γονιδιακή αλληλουχία και τα βρίσκουμε παντού.

Συνδυασμός εφαρμοσμένης και βασικής έρευνας

Τα ευρήματα μπορεί να ενημερώσουν άλλες γενετικές έρευνες και άλλα είδη φυτών, καθώς και τρόπους βελτίωσης της γονιδιακής έκφρασης, είπε ο Mengiste. Ο συνδυασμός βασικής και εφαρμοσμένης έρευνας παρέχει πλούσιες πληροφορίες. Μερικά θα χρησιμοποιηθούν τώρα, και μερικά μπορεί να οδηγήσουν σε μελλοντική καινοτομία.

«Θα μπορούσαμε να σταματήσουμε αφού εντοπίσαμε το γονίδιο ARG1, αλλά τρυπήσαμε βαθύτερα», είπε. “Αν δεν το κάναμε, θα μπορούσαμε να πιστεύαμε ότι θα μπορούσαμε απλώς να διορθώσουμε την πρωτεΐνη που εμπλέκεται στην αντίσταση. Τώρα έχουμε πολύ μεγαλύτερη κατανόηση της ρύθμισης του γονιδίου και πρόσθετη εικόνα σε ένα αναδυόμενο πεδίο που θα μπορούσε να γίνει επαναστατικό για την επιστήμη των φυτών.”


Το σόργο, στενός συγγενής του καλαμποκιού, δοκιμάστηκε για αντοχή σε ασθένειες σε φάρμες της Πενσυλβάνια


Περισσότερες πληροφορίες:
Sanghun Lee et al, Ευρέως φάσματος μυκητιακή αντίσταση στο σόργο αποδίδεται μέσω της πολύπλοκης ρύθμισης ενός γονιδίου του ανοσοποιητικού υποδοχέα που είναι ενσωματωμένο σε ένα φυσικό αντίγραφο αντιπληροφορίας, Το Φυτικό Κύτταρο (2021). DOI: 10.1093/plcell/koab305

Παρέχεται από
Πανεπιστήμιο Purdue

Παραπομπή: Ένα γονίδιο πιο κοντά σε ένα σούπερ σόργο (2022, 12 Ιανουαρίου) ανακτήθηκε στις 12 Ιανουαρίου 2022 από https://phys.org/news/2022-01-gene-closer-super-sorghum.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *