الكشف عن طفرات الطماطم المخفية
تم الكشف عن طفرات الطماطم المخفية في دراسة 100 صنف
تاريخ: 17 يونيو 2020
مصدر: معهد هوارد هيوز الطبي
تحليل جديد للتنوع الجيني الذي يصعب الوصول إليه هو أشمل إجراء على الإطلاق في النباتات. يمكن أن يوجه تحسين الطماطم والمحاصيل الأخرى.
أصناف الطماطم (الأسهم | الائتمان: © Christian BERND / stock.adobe.com
أصناف الطماطم (صورة المخزون).
الائتمان: © Christian BERND / stock.adobe.com
لقد غيرت شهية الإنسان الطماطم - الحمض النووي وكل شيء. بعد قرون من التكاثر ، ما كان في السابق توتًا في أمريكا الجنوبية بحجم حبة البازلاء تقريبًا يأخذ الآن جميع أنواع الأشكال والأحجام ، من الكرز إلى ثمار الإرث الضخمة.
اليوم ، يبتعد العلماء عن كيفية ظهور هذه التغييرات الجسدية على مستوى الجينات - وهو عمل يمكن أن يوجه الجهود الحديثة لتعديل القرص ، كما يقول الباحث في معهد هوارد هيوز الطبي زاكاري ليبمان. وقد حدد هو وزملاؤه الآن طفرات خفية مخفية منذ فترة طويلة داخل جينومات 100 نوع من الطماطم ، بما في ذلك نبتة برية برتقالية من جزر غالاباغوس وأصناف يتم معالجتها عادةً في الكاتشب والصلصة.
تحليلهم ، الموصوف في 17 يونيو 2020 ، في مجلة Cell ، هو التقييم الأكثر شمولًا لمثل هذه الطفرات - التي تغير أقسام طويلة من الحمض النووي - لأي نبات. يمكن أن يؤدي البحث إلى إنشاء أصناف طماطم جديدة وتحسين الأنواع الموجودة ، كما يقول ليبمان. وأظهر الباحثون أن حفنة من الطفرات التي حددها فريقه تغير الخصائص الرئيسية ، مثل النكهة والوزن.
تقول ليبمان ، عالمة الوراثة النباتية في مختبر كولد سبرينج هاربور ، أن الدراسات السابقة أظهرت منذ فترة طويلة أن هذه الطفرات موجودة في جينومات النباتات. ويقول: "لكن حتى الآن ، لم يكن لدينا طريقة فعالة للعثور عليهم ودراسة تأثيرهم".
نافذة على الجينوم
يمكن أن تؤدي الطفرات أو التغييرات في الأنواع الأربعة من حروف الحمض النووي التي تحملها خلايا الكائن الحي إلى تغيير خصائصه الجسدية. ركز العلماء الذين يدرسون النباتات بشكل عام على نوع صغير قابل للتتبع من الطفرات ، حيث يتم تبديل حرف DNA واحد بآخر.
إن الطفرات التي درسها فريق ليبمان أكبر بكثير - فهي تعدل بنية الحمض النووي عن طريق نسخ أو حذف أو إدخال أو نقل أقسام طويلة من الحمض النووي في مكان آخر من الجينوم. تحدث هذه الطفرات ، وتسمى أيضًا الاختلافات الهيكلية ، في جميع أنحاء العالم الحي. على سبيل المثال ، ربطت الدراسات التي أجريت على البشر هذه الاختلافات باضطرابات مثل الفصام والتوحد.
يمكن للعلماء تحديد الطفرات عن طريق قراءة حروف الحمض النووي باستخدام تقنية تعرف بالتسلسل الجيني. يقول ليبمان إن القيود في هذه التقنية جعلت من الصعب فك تشفير أقسام طويلة من الحمض النووي. لذلك لم يتمكن الباحثون من التقاط صورة كاملة عن الطفرات الهيكلية في الجينوم.
ومع ذلك ، يشتبه علماء الوراثة النباتية في أن هذه الطفرات تساهم بشكل كبير في سمات النباتات ، كما يقول مايكل Purugganan ، الذي يدرس الأرز ونخيل التمر في جامعة نيويورك ولم يشارك في الدراسة الجديدة. "لهذا السبب هذه الورقة مثيرة للغاية" ، يقول. لم يجد فريق ليبمان هذه الطفرات في الطماطم وأقاربها البرية فحسب ، بل حدد أيضًا كيفية عملها داخل النباتات ، كما يقول.
دليل الطماطم في المستقبل
حددت الدراسة الجديدة ، بالتعاون مع مايكل شاتز في جامعة جونز هوبكنز وغيرها ، أكثر من 200000 طفرة هيكلية في الطماطم باستخدام تقنية تسمى التسلسل طويل القراءة. يشبهه ليبمان بالنظر عبر نافذة بانورامية في أقسام كبيرة من الجينوم. وبالمقارنة ، فإن التسلسل الأكثر تقليدية لا يقدم سوى فتحة ثقب ، كما يقول.
غالبية الطفرات التي وجدوها لا تغير الجينات التي تشفر الصفات. لكن ما هو واضح ، كما يقول ليبمان ، هو أن العديد من هذه الطفرات تغير الآليات التي تتحكم في نشاط الجينات. أحد هذه الجينات ، على سبيل المثال ، يتحكم في حجم ثمار الطماطم. من خلال تعديل بنية الحمض النووي - في هذه الحالة ، كان عدد نسخ الجين - تمكن فريق ليبمان من تغيير إنتاج الفاكهة. النباتات التي تفتقر إلى الجين لم تنتج الفاكهة أبدًا ، في حين أن النباتات التي تحتوي على ثلاث نسخ من الجين جعلت الفاكهة أكبر بنحو 30 في المائة من تلك التي تمتلك نسخة واحدة فقط.
أظهر فريق ليبمان أيضًا كيف يمكن أن يؤثر هيكل الحمض النووي على السمات في مثال يسميه "معقدًا بشكل ملحوظ". أظهروا أن هناك حاجة لأربعة طفرات هيكلية لتربية سمة حصاد كبيرة في الطماطم الحديثة.
يقول ليبمان إن هذه الأنواع من الأفكار يمكن أن تساعد في تفسير تنوع السمات في المحاصيل الأخرى وتمكين المربين من تحسين الأصناف. على سبيل المثال ، ربما تؤدي إضافة نسخة إضافية من الجين ذي الحجم إلى الكرز المطحون الصغير ، أحد أقرباء الطماطم ، إلى زيادة جاذبيتها من خلال جعلها أكبر ، كما يقول.
يقول: "إحدى الكؤوس المقدسة في الزراعة هي أن تكون قادرًا على القول ،" إذا قمت بتحوير هذا الجين ، فأنا أعرف ما سيكون عليه الناتج ". "إن الحقل يتخذ خطوات مهمة تجاه هذا النوع من التربية التي يمكن التنبؤ بها."
المصدر : المواد المقدمة من معهد هوارد هيوز الطبي.
شيكاغو- معهد هوارد هيوز الطبي. "تم الكشف عن طفرات الطماطم المخفية في دراسة 100 صنف." علم يوميا. ScienceDaily ،
17 يونيو 2020..
لقد غيرت شهية الإنسان الطماطم - الحمض النووي وكل شيء. بعد قرون من التكاثر ، ما كان في السابق توتًا في أمريكا الجنوبية بحجم حبة البازلاء تقريبًا يأخذ الآن جميع أنواع الأشكال والأحجام ، من الكرز إلى ثمار الإرث الضخمة.
اليوم ، يبتعد العلماء عن كيفية ظهور هذه التغييرات الجسدية على مستوى الجينات - وهو عمل يمكن أن يوجه الجهود الحديثة لتعديل القرص ، كما يقول الباحث في معهد هوارد هيوز الطبي زاكاري ليبمان. وقد حدد هو وزملاؤه الآن طفرات خفية مخفية منذ فترة طويلة داخل جينومات 100 نوع من الطماطم ، بما في ذلك نبتة برية برتقالية من جزر غالاباغوس وأصناف يتم معالجتها عادةً في الكاتشب والصلصة.
تحليلهم ، الموصوف في 17 يونيو 2020 ، في مجلة Cell ، هو التقييم الأكثر شمولًا لمثل هذه الطفرات - التي تغير أقسام طويلة من الحمض النووي - لأي نبات. يمكن أن يؤدي البحث إلى إنشاء أصناف طماطم جديدة وتحسين الأنواع الموجودة ، كما يقول ليبمان. وأظهر الباحثون أن حفنة من الطفرات التي حددها فريقه تغير الخصائص الرئيسية ، مثل النكهة والوزن.
تقول ليبمان ، عالمة الوراثة النباتية في مختبر كولد سبرينج هاربور ، أن الدراسات السابقة أظهرت منذ فترة طويلة أن هذه الطفرات موجودة في جينومات النباتات. ويقول: "لكن حتى الآن ، لم يكن لدينا طريقة فعالة للعثور عليهم ودراسة تأثيرهم".
نافذة على الجينوم
يمكن أن تؤدي الطفرات أو التغييرات في الأنواع الأربعة من حروف الحمض النووي التي تحملها خلايا الكائن الحي إلى تغيير خصائصه الجسدية. ركز العلماء الذين يدرسون النباتات بشكل عام على نوع صغير قابل للتتبع من الطفرات ، حيث يتم تبديل حرف DNA واحد بآخر.
إن الطفرات التي درسها فريق ليبمان أكبر بكثير - فهي تعدل بنية الحمض النووي عن طريق نسخ أو حذف أو إدخال أو نقل أقسام طويلة من الحمض النووي في مكان آخر من الجينوم. تحدث هذه الطفرات ، وتسمى أيضًا الاختلافات الهيكلية ، في جميع أنحاء العالم الحي. على سبيل المثال ، ربطت الدراسات التي أجريت على البشر هذه الاختلافات باضطرابات مثل الفصام والتوحد.
يمكن للعلماء تحديد الطفرات عن طريق قراءة حروف الحمض النووي باستخدام تقنية تعرف بالتسلسل الجيني. يقول ليبمان إن القيود في هذه التقنية جعلت من الصعب فك تشفير أقسام طويلة من الحمض النووي. لذلك لم يتمكن الباحثون من التقاط صورة كاملة عن الطفرات الهيكلية في الجينوم.
ومع ذلك ، يشتبه علماء الوراثة النباتية في أن هذه الطفرات تساهم بشكل كبير في سمات النباتات ، كما يقول مايكل Purugganan ، الذي يدرس الأرز ونخيل التمر في جامعة نيويورك ولم يشارك في الدراسة الجديدة. "لهذا السبب هذه الورقة مثيرة للغاية" ، يقول. لم يجد فريق ليبمان هذه الطفرات في الطماطم وأقاربها البرية فحسب ، بل حدد أيضًا كيفية عملها داخل النباتات ، كما يقول.
دليل الطماطم في المستقبل
حددت الدراسة الجديدة ، بالتعاون مع مايكل شاتز في جامعة جونز هوبكنز وغيرها ، أكثر من 200000 طفرة هيكلية في الطماطم باستخدام تقنية تسمى التسلسل طويل القراءة. يشبهه ليبمان بالنظر عبر نافذة بانورامية في أقسام كبيرة من الجينوم. وبالمقارنة ، فإن التسلسل الأكثر تقليدية لا يقدم سوى فتحة ثقب ، كما يقول.
غالبية الطفرات التي وجدوها لا تغير الجينات التي تشفر الصفات. لكن ما هو واضح ، كما يقول ليبمان ، هو أن العديد من هذه الطفرات تغير الآليات التي تتحكم في نشاط الجينات. أحد هذه الجينات ، على سبيل المثال ، يتحكم في حجم ثمار الطماطم. من خلال تعديل بنية الحمض النووي - في هذه الحالة ، كان عدد نسخ الجين - تمكن فريق ليبمان من تغيير إنتاج الفاكهة. النباتات التي تفتقر إلى الجين لم تنتج الفاكهة أبدًا ، في حين أن النباتات التي تحتوي على ثلاث نسخ من الجين جعلت الفاكهة أكبر بنحو 30 في المائة من تلك التي تمتلك نسخة واحدة فقط.
أظهر فريق ليبمان أيضًا كيف يمكن أن يؤثر هيكل الحمض النووي على السمات في مثال يسميه "معقدًا بشكل ملحوظ". أظهروا أن هناك حاجة لأربعة طفرات هيكلية لتربية سمة حصاد كبيرة في الطماطم الحديثة.
يقول ليبمان إن هذه الأنواع من الأفكار يمكن أن تساعد في تفسير تنوع السمات في المحاصيل الأخرى وتمكين المربين من تحسين الأصناف. على سبيل المثال ، ربما تؤدي إضافة نسخة إضافية من الجين ذي الحجم إلى الكرز المطحون الصغير ، أحد أقرباء الطماطم ، إلى زيادة جاذبيتها من خلال جعلها أكبر ، كما يقول.
يقول: "إحدى الكؤوس المقدسة في الزراعة هي أن تكون قادرًا على القول ،" إذا قمت بتحوير هذا الجين ، فأنا أعرف ما سيكون عليه الناتج ". "إن الحقل يتخذ خطوات مهمة تجاه هذا النوع من التربية التي يمكن التنبؤ بها."
المصدر : المواد المقدمة من معهد هوارد هيوز الطبي.
شيكاغو- معهد هوارد هيوز الطبي. "تم الكشف عن طفرات الطماطم المخفية في دراسة 100 صنف." علم يوميا. ScienceDaily ،
17 يونيو 2020.
تعليقات
إرسال تعليق