Forskere identificerer gener, der potentielt er ansvarlige for sukkerrørresistens over for skadedyr, kulde og tørke

En undersøgelse udført ved State University of Campinas (UNICAMP) i Brasilien har identificeret forældreløse gener i vilde sukkerrør (Saccharum spontaneum), en art med exceptionel resistens over for biotiske påvirkninger såsom nematoder, svampe, bakterier og andre skadedyr og sygdomme samt abiotisk stress. såsom kulde, tørke, saltholdighed og ernæringsmæssigt mangelfuld jord.

Ifølge en artikel om undersøgelsen offentliggjort i tidsskriftet Grænser i plantevidenskab , havde de ansvarlige videnskabsmænd sat sig for at se, om de forældreløse gener i S. spontaneum spillede en væsentlig rolle i dets stressresistensegenskaber.

Alle levende væsener har gener, der ligner generne fra andre organismers genomer. Planter deler for eksempel generne involveret i fotosyntesen. På den anden side har de fleste organismer også forældreløse eller afstamningsspecifikke gener.

Forældreløse gener findes i en bestemt taksonomisk gruppe uden signifikant sekvenslighed med gener fra andre slægter. De kaldes nogle gange taksonomisk begrænsede gener af denne grund.

Fugle har for eksempel nogle gener, der adskiller sig meget fra pattedyrs. Nyere forskning har vist, at selv organismer i nært beslægtede arter, der tilhører samme slægt, kan have gener, der ikke deles af andre arter.

Forskerne var interesserede i S. spontaneum på grund af karakteristika såsom tidligere hel-genomduplikationshændelser, der resulterede i flere kopier af det samme gen. Videnskabeligt bevis tyder på, at forældreløse gener kan stamme fra kopier af allerede eksisterende gener, hvis sekvenser ændres over tid på grund af mutationer og til sidst afviger helt fra de originale sekvenser.

En anden mulig forklaring på oprindelsen af ​​forældreløse gener kunne være reorganisering af genomiske regioner, der ikke koder for gener, som ofte ses i organismer med komplekse genomer, såsom sukkerrør.

"I undersøgelsen identificerede vi dele af genomet af S. spontaneum, som ikke har ligheder med gener i nogen anden organisme. Vi mener, at de kan være ansvarlige for fysiologiske træk eller egenskaber, der er ejendommelige for arten," sagde Cláudio Benício Cardoso-Silva, første forfatter til artiklen. Han udførte projektet som postdoktoral forskning ved UNICAMP's Center for Molekylær Biologi og Genteknologi (CBMEG).

"Efterhånden som disse planter udviklede sig, blev nogle gener udtrykt i større eller mindre grad som reaktion på forskellige typer af abiotisk stress, især kulde. Dette kan betyde, at de er reguleret som et resultat af disse stress," siger Cardoso-Silva, hvis postdoktorale forskning blev overvåget af Anete Pereira de Souza, professor i plantegenetik ved UNICAMP's Institute of Biology og sidste forfatter til artiklen.

Forskerne mener ikke, at de kategorisk kan konkludere, at de forældreløse gener, de identificerede, gør planten mere stresstolerant baseret på resultaterne af undersøgelsen. "Men det faktum, at de er reguleret under stressforhold, tjener som en advarsel om muligheden for, at de kan spille en vigtig rolle i disse processer," sagde han.

Næste skridt vil være at eksperimentere med planter, der udsættes for forskellige former for stress, for at undersøge, hvordan forældreløse gener opfører sig udtrykt i forhold til ikke-stressede planter. Når først de bedste kandidatgener er bekræftet, kan bioteknologiske anvendelser, der involverer deres indsættelse i kommercielt værdifulde planter, undersøges, hvilket i fremtiden fører til muligheden for at udvikle sukkerrørsorter, der er mere modstandsdygtige over for miljøbelastninger.

"Vi satte fokus på denne mulighed for alle, der ønsker at bruge dataene i artiklen til at fortsætte forskningen, eller for forskere, der arbejder med gentransformation og -redigering, som er et andet forskningsfelt, til at vælge et eller to gener som kandidater. og lav valideringen," sagde Cardoso-Silva, der fortsætter med at arbejde med genomik ved State University of Northern Rio de Janeiro (UENF). "Min nuværende forskning fokuserer på det evolutionære aspekt af genfamilieudvidelse," forklarede han.

"I dag har vi CRISPR [genredigeringsteknikken], som giver biotekprofessionelle en chance for at vælge gener til tolerance over for tørke, saltholdighed, kulde eller varme på et tidspunkt, hvor afgrødens modstandsdygtighed med færre input er altafgørende," sagde Souza. + Udforsk yderligere

Genfusion som en vigtig mekanisme til at generere nye gener i Oryza-genomer