Gensøgere opdager atypiske gener, der kontrollerer flere værdifulde sojabønneegenskaber

"Det viser sig, at disse egenskaber reguleres på en usædvanlig måde af gener, der ikke ser ud til at producere et protein, i modsætning til de fleste gener, og i stedet producerer lange ikke-kodende RNA'er. Jianxins laboratorium gjorde et smukt arbejde med at karakterisere den regulatoriske mekanisme og trin, der førte til til den evolutionære fremkomst af dette unikke genetiske locus," sagde Meyers.

Medforfatter Randall Nelson, professor emeritus i sojabønneavl ved University of Illinois Urbana-Champaign, roste synergien mellem forskningsprogrammer, der producerede resultater, der sandsynligvis ikke er opnået individuelt.

"Mit program er stort set feltbaseret, og vi udviklede en unik population af linjer fra en krydsning mellem sojabønner og vilde sojabønner for at kortlægge gener forbundet med domesticering. Jianxins laboratorium var i stand til kreativt at bruge disse linjer til at identificere ny genetisk kontrol af store forskelle mellem sojabønner og vilde sojabønner," sagde Nelson.

"Disse resultater bidrager ikke kun til vores forståelse af alternative måder for genetisk kontrol, men bidrager også til vores forståelse af domesticering," sagde han. "I fremtiden vil disse resultater hjælpe i processen med at udnytte den uudnyttede genetiske mangfoldighed af vilde sojabønner."

Gamle bønder tæmmede den vidt producerede moderne sort af sojabønner - kaldet Glycine max, fra Glycine soja, en vild art - for århundreder siden. De nyopdagede lncRNA-gener er stærkt udtrykt i vilde sojabønner.

"Stærkt udtrykt betyder, at de kan lave flere kopier af messenger-RNA med specifikke strukturer for at producere flere kopier af lille RNA, som hæmmer ekspression af flere proteinkodende gener, der ligger til grund for disse domesticeringsrelaterede træk. Men disse to gener er dårligt udtrykt i dyrkede sojabønner, " sagde mor. "De er funktionelle i vilde sojabønner, men de er ikke nu i dyrkede sojabønner, fordi en mutation opstod naturligt."

Vilde sojabønner har små frø, blomster og blade. Alt vokser sig større i dyrkede sojabønner. Den pubertære form af dyrkede sojabønner vokser også længere stængler og blade i former, der giver modstand mod skadedyr som bladhopper.

Inden for afgrødetemning vælger landmænd planter for at øge deres egnethed til menneskelige behov. De søger egenskaber som smag og planter med større og flere frø, der fører til højere udbytte. Domestikprocessen reducerer imidlertid den genetiske mangfoldighed, grundlaget for moderne avl.

Moderne domesticerede sojabønner lider af denne reducerede genetiske diversitet, hvilket sætter ny presserende vægt på at forstå den bredere genetiske mangfoldighed af vilde arter. Med viden om de gener, der er ansvarlige for forskellige egenskaber, kan sojabønnegenetikere bruge molekylære metoder til at integrere dem i nye domesticerede sorter.

Genredigeringsteknologi øger deres evne til at omsætte grundforskning til udvikling af nye sojabønnesorter med forbedret frøsammensætning, ernæringsegenskaber, olieindhold, protein og essentielle aminosyrer, for eksempel.

"Vi betragter vores team som gensøgere for at finde genetisk variation for at avle bedre sojabønner til bønder i Indiana og på tværs af landet," sagde Ma. "Vores laboratorium og kolleger har tidligere identificeret adskillige gener, der ligger til grund for andre domesticeringsrelaterede træk. Denne indsamlede viden har gjort de novo domesticering af vilde sojabønner og dens slægtninge mulig."

Flere oplysninger: Weidong Wang et al., Lange ikke-kodende RNA'er ligger til grund for flere domesticeringsegenskaber og bladhopperresistens i sojabønner, Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01738-2

Journaloplysninger: Naturgenetik

Leveret af Purdue University