Undersøgelse afslører forskelle i større afgrødegenomevolutioner

Engang mellem 5 millioner og 13 millioner år siden, både majs og sojabønner gennemgik genomduplikationer, men Purdue University-videnskabsmænd mener, at de skete på meget forskellige måder.

Damon Lisch, lektor ved Institut for Botanik og Plantepatologi, og Jianxin Ma, professor ved Institut for Agronomi, studerede udviklingen af ​​disse store afgrødeplanters genomer. De ønskede at forstå de måder, hvorpå genomer duplikerer - ved at skabe flere kopier af gener - og hvordan disse genomer ændrer sig over tid.

I majs, Lisch og Ma mener, at duplikeringen skete, da to græsarter med lignende genomer krydsede hinanden, som fjerne fætre. Genomet fra en plante var dominerende, og over tid, mistede overflødige kopier af gener i en langt lavere hastighed end den anden.

"Du behøver ikke to kopier af alt, "Lisch sagde. "Og der er mange eksempler på forskelle i tabet af overflødige gener, når en hel genom duplikation skyldes krydsninger mellem beslægtede arter."

Lisch og Ma, hvis resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Plantecellen , tyder på, at disse forskelle opstod fra forskelle i antallet og fordelingen af ​​transposoner i de to genomer, da de først blev kombineret.

Transposoner, eller såkaldte "hoppende gener, " flytte rundt på DNA og true med at ændre eller beskadige andre gener. Planten forsvarer sig mod disse transposoner ved at slukke for deres aktivitet, nogle gange reducere niveauet af ekspression af gener omkring dem. Lisch og Ma sagde, at de tabte gener i majs har tendens til at være fra det samme subgenom og udviser forskelle i begge transposoner ved siden af ​​gener og niveauer af ekspression af disse gener.

"Hvis du er et gen, og du har en transposon tæt på, som er blevet slukket, som også kan skrue ned for genet, " sagde Lisch. "Der er en fordel ved at skrue ned for transposonerne, men der er også en omkostning. Dataene fra majs tyder på, at et af de to genomer, der kombinerede for at danne majsgenomet, betalte mere af en omkostning. På grund af dette, gener i dette genom udtrykt på et lavere niveau og var mere tilbøjelige til at gå tabt over tid."

Sojabønner, imidlertid, har mistet gener fra begge genomer med omtrent samme hastighed.

"Det tyder på, at når de to genomer, der kom sammen for at danne sojabønnegenomet, de var grundlæggende identiske, " sagde Lisch.

Forfatternes resultater tyder på, at sojabønnens genomduplikation ikke kom fra en krydsning af fjerne slægtninge, men fra plantens eget genom spontan fordobling.

At forstå den rolle, transposoner spiller på udviklingen af ​​genomer, kan hjælpe videnskabsmænd med at forstå, hvordan planter indgår kompromiser inden for disse genomer.

"Dette giver indsigt i, hvordan duplikerede genomer har ændret sig, og hvordan disse ændringer kan have påvirket plantens fænotype, som vi observerer det i dag, " sagde Ma. "Dette kan lette opdagelser i gennetværk, når vi analyserer træk af agronomisk betydning."