Účinky mutagenní látky na sekvenci DNA v rostlinách
Původ:
Moderní šlechtitelé a zemědělci mohou využívat bohaté přírodní rozmanitosti, který může široce rozšířen přes aplikace mutace indukční techniky., Vliv indukované mutace na zlepšení plodin se odráží v 2316 oficiálně registrovaných odrůdách (databáze MAAE o oficiálně registrovaných mutantních odrůdách, MVD) nesoucí nové indukované variace. Navíc asi tři čtvrtiny z nich jsou přímé mutantní odrůdy odvozené z léčby gama paprsky, thushighlighting význam fyzikálních mutagenů. To vše se promítá do obrovského ekonomického dopadu na zemědělství a produkci potravin, která je v současné době oceňována v miliardách dollarsand miliony pěstovaných hektarů (Ahloowalia et al. v přípravě.)., Zatímco agronomický potenciál indukované mutace je dobře pochopen, přesné účinky různých mutagenikagentů na sekvenci DNA v rostlinách nebyly nikdy popsány. Navíc, v posledních letech román reverzní genetika a genové objev technologie uspíšily renewedinterest v indukované mutace. Pro tyto nové aplikace je nutné jasněji porozumět typům mutací generovaných různými třídami mutagenů a měřit jejich frekvenci a distribuci podél genomu., Dnes a poprvé jsou technologie zavedeny, aby provedly experimenty nezbytné k získání tohoto porozumění.
Mutagenní látky mohou být klasifikovány do tří kategorií: fyzické (např. gama záření), chemické (např. ethyl metanu sulfonát) a transponovatelné elementy (např. transpozony,retrotransposons, T-DNA, retroviry). V současné době jsou k dispozici omezené údaje o rozsahu genetických účinků indukovaných na molekulární úrovni v rostlinách a o specifičnosti arelativní účinnost těchto různých kategorií činidel., Tyto účinky zahrnují poškození DNA, což má za následek změny základních párů (jednoduché / jednoduché nukleotidové polymorfismy, SNP),malé inzerce a delece (indely) a chromozomální přeskupení. Ještě méně je známo o tom, jak indukované mutace komunikovat s epigenetické procesy, jako je metylace,aktivace retro-prvky, a šumů vyššího řádu struktury DNA.,
Zatímco chovatelé používají indukci mutací rozšířit genetickou základnu z genofondu, a použili mutantní linie přímo jako nové odrůdy nebo jako zdroje nových variationin křížení programů, znalost přesné povaze indukované mutace nebylo nutné. Intuitivně konzervativní úroveň přeskupení malých základních párůa odstranění bylo považováno za ideální. V dnešní době se použití mutačních technik rozšířilo mimo aplikace v chovu na objev genů a reverzní genetiku., Tyto high-propustnost aplikace vyžadují konkrétní třídy mutací, jež jsou indukovány s vysokou účinností přes celou úrodu rostlinných genomů, a proto knowledgeof přesná povaha indukované mutace je stále problém.
metody detekce genů s vysokou propustností silně závisí na vložených linkách „knockout“, nyní klasických „genových strojích“ a knihovnách delece „knockout“. Použitelná mutagenezezezahrnuje vyvolání zvýšené aktivity transpozice známých transpozovatelných prvků (např., retrotransposons, které mají tendenci, aby se převádějí na aktivní geny) k výrobě řady linek na stáčení ve které, teoreticky, každý gen v genomu bude muset být inaktivován transposon vložení. Tyto řádky mohou být použity k identifikaci genů, které způsobují určité fenotypy,nebo naopak, mohou být použity k identifikaci genu funkce vyhledávání pro fenotyp asociovaný s inaktivace určitého známého genu. Inverzní mutanty však musí být nestabilní (tj. vyříznutí značky transposon, např., AC / Ds binární systém, v příští generaci může způsobit fenotyp vrátit k původnímu typu nadřazeného, nebo aktivace retrotransposon tagů prostřednictvím různých napětí může násobit vkládací události, např. během mikropropagace). Ve srovnání s použitelnou mutagenezí poskytuje konvenčnímutační indukce (tj. použití fyzikálních nebo chemických látek) výhodu stabilních mutací.
teoreticky výroba delečních knihoven zahrnuje vyvolání středně velkých delecí, ideálně o velikosti 1 kb až 100 kb, v každé řadě řádků.,Tyto delece by měly zahrnovat segmenty každého genu v genetickém repertoáru a měly by být zastoupeny alespoň jedním řádkem v deleční knihovně. Tyto smazání řádků může,pokud je použit spolu s celého genomu gen pole, být použity k identifikaci genů zodpovědných za konkrétní fenotypy nebo potvrdit asociace známých genů s konkrétní fenotypy.
román a důležité reverzní genetiky přístup je cílení indukované místních poškození v genomů‘ (OBDĚLÁVAT)., Zde je v řadě linií indukováno velké množství malých změn, buď substituce párů dna nebo malé delece přesahující několik párů bází. V těchto liniích lze genovou funkci zjistit spojením fenotypu se změnami v konkrétním genu a mohou být generovány nové alely známých genů.
v příštích letech budou mít nové technologie, jako jsou tyto, rostoucí dopad na praktický chov rostlin. Budou však vyžadovat různé typy mutací indukovaných specifickýmifrekvencí., Aby bylo možné přizpůsobit mutační proces, bude třeba pochopit, jak jsou generovány a distribuovány specifické třídy mutací přes genomy. V minulosti to nebylo možné kvůli nedostatku analytických nástrojů a nedostatečné znalosti jak procesu poškození DNA, tak architektury rostlinných genomů. Kromě toho pouze omezenépočet rostlinných genů byl sekvenován. Dnes vysoce výkonné metody sekvenování DNA spojené s bioinformatikou a funkčními genomickými přístupy poskytují rozsáhlé znalosti o architektuře genomu., Kompletní genomická sekvence DNA modelové dvouděložné rostliny, Arabidopsis a model monocotyledon, rýže je v poslední době k dispozici. Takévědci se nyní nacházejí s řadou metod, většinou vyvinutých jako molekulární markerové technologie, které lze přizpůsobit kvantifikaci změn v sekvenci DNA. Celkově vzato, thestage je nastaven na přenos vědy o poškození DNA vyvolané fyzikálními a chemickými mutageny z lidské genetiky do rostlinných systémů., Řada technologií může být nyní použita k quantifyboth základní základní sazba, přes množství generací, spontánní mutace a okamžité účinky mutace agentů. Vědci tedy nyní konečně ocitnou v aposition provádět experimenty, které mohou odhalit druhy mutací vyvolaných různými mutageny, takže budoucí uživatelé indukované mutace mohou používat technologie v plně informedmanner.,
Cíle:
cílem je pochopit mechanismus indukci mutací u rostlin a kvantifikovat typy (základní pairchanges nebo delece), frekvence (míra změny vzhledem k mutagenům dávky) a vzory (indukce změn v různých částech genomu) změny v DNAinduced pomocí řady fyzikálních a chemických mutagenů v řadě klíčových plodin druhů rostlin. Molekulární marker, dna pole, a nové reverzní genetické metodiky budou použity v jedinečném přístupu k analýze a průzkumu indukce mutací vyvolaných v řadě rostlin agronomického významu., Tyto výsledky budou použity k poskytování protokolů a pokynů důležitých pro budoucí použití indukované mutace v rostlinné biologii a zlepšování plodin. Znalosti získané bude pomáhat Členským Státům při zlepšování plodin breedingprogrammes prostřednictvím aplikace cílené indukované mutace a doplňkové genomické přístupy s cílem zvýšit udržitelnost zemědělství, foodsecurity a ekonomické stability. Tento CRP využije nového vývoje v analýze DNA a genomice k definování typů, frekvencí, rychlostí a vzorců mutací vyvolaných různými mutageny., Tím se vytvoří znalostní báze, která bude řídit a pomáhat budoucím uživatelům indukovaných mutačních technologií pro zlepšení plodin a genomiky.Dále se zaměří na fyzické mutageny, jako je gama a rychlé neutronové nebo rentgenové záření. Vybrané chemické mutageny budou také použity k porovnání relativníúčinnost obou typů mutagenních látek. Účinky těchto mutagenů budou hodnoceny na geneticky homogenní osivo a vegetativně rozmnožený rostlinný materiál.,Specifické hlavní cíle patří:
- Stanovení mechanismů a celková úroveň poškození DNA v M1 generace, např. přímo v ošetřené osivo v pre – a post-testy klíčení.
- určení typů, frekvencí, rychlostí a vzorců mutací v generacích M2, Nad (a) celé genomy a (b) v cílených sekvencích DNA v genomech.
- Určení typu a míra spontánní mutace po generace v klíčových plodin rostlinné skupiny (např., vyberte zařízení, zjistit spontánní hodnotit jako základ a jako vlastní ukazatel genotyp mutagenity).,
- příprava protokolů a pokynů pro použití konkrétních mutagenů pro řadu specifických aplikací v oblasti zlepšování plodin a genomiky.
- stanovení chemického a molekulárního základu pro diferenciální citlivost na záření u různých odrůd stejného druhu plodin.
- kvantifikace typu a rychlosti výchozí spontánní mutace pomocí experimentů s akumulací mutací více generací.
účastníci:
Download pdf]
Projektový důstojník:
p. j. l. Lagoda