Hatásai mutagén anyagok a DNS-szekvencia a növények
Háttér:
a Modern növény tenyésztők, a mezőgazdasági termelők pedig kihasználják rengeteg természetes biológiai sokféleség, amely széles körben terjeszteni keresztül theapplication mutáció indukciós technikák., Az indukált mutáció növénytermesztésre gyakorolt hatása tükröződik a 2316 hivatalosan bejegyzett fajtában (a NAÜ hivatalosan nyilvántartott mutáns fajtákról szóló adatbázisa, MVD), amelyek új indukált variációkat hordoznak. Ezen túlmenően ezeknek körülbelül háromnegyede a gamma-sugarakkal történő kezelésből származó közvetlen mutáns fajták, amelyek nagy figyelmet fordítanak a fizikai mutagének fontosságára. Mindez óriási gazdasági hatást gyakorol a mezőgazdaságra és az élelmiszertermelésre, amelyet jelenleg dollármilliárdokban és több millió művelt hektárban (Ahloowalia et al. előkészületben.)., Bár az indukált mutáció agronómiai potenciálja jól ismert, a különböző mutagenikagensek pontos hatásait a növények DNS-szekvenciájára soha nem írták le. Továbbá, az elmúlt években regényt fordított genetika-gén felfedezése technológiák ösztönözte renewedinterest az indukált mutáció. Ezen új alkalmazásokhoz világosabban meg kell érteni a mutagének különböző osztályai által generált mutációk típusát, valamint meg kell mérni azok gyakoriságát és eloszlását a genom mentén., Ma, először, a technológiák vannak érvényben, hogy vállalják a szükséges kísérleteket, hogy megszerezzék ezt a megértést.
a mutagén anyagok három kategóriába sorolhatók: fizikai (pl. gamma-sugarak), kémiai (pl. etil-metán-szulfonát) és transzpozon elemek (pl. transzpozonok,retrotranszpozonok, T-DNS, retrovírusok). Jelenleg korlátozott adatok állnak rendelkezésre a növények molekuláris szintjén indukált genetikai hatások terjedelméről, valamint a különböző ágensek kategóriáinak specifikusságáról és eredményességéről., Ezek a hatások magukban foglalják a DNS-károsodást, ami bázispár-változásokat (egy/egyszerű nukleotid polimorfizmusokat, SNP-ket),kis betoldásokat és törléseket (indeleket) és kromoszómális átrendeződéseket eredményez. Még kevésbé ismert, hogy az indukált mutáció hogyan hat az epigenetikai folyamatokra,mint például a metiláció, a retro-elemek aktiválása, valamint a magasabb rendű DNS-struktúra perturbációja.,
míg a tenyésztők mutációs indukciót alkalmaztak a germplazma genetikai bázisának szélesítésére, és a mutáns vonalakat közvetlenül új fajtákként vagy új variáció forrásaiként használták fel a kereszttenyésztési programokban, az indukált mutációk pontos jellegének ismerete nem volt szükséges. Intuitív módon a kis alappár átrendeződés konzervatív szintjeés a törlést ideálisnak tekintették. Manapság, a használata mutáció technikák bővült túl alkalmazások tenyésztés gén felfedezése, majd fordított genetika., Ezek az új, nagy áteresztőképességű alkalmazások speciális mutációs osztályokat igényelnek, amelyek nagy hatékonysággal indukálódnak a teljes növényi genomokban, következésképpen az indukált mutáció pontos jellegének ismerete kérdéssé válik.
Nagy áteresztőképességű gén felfedezése módszerek erősen függ insertional ‘ko’ vonalak, a most klasszikus ‘gén gépek’, illetve törlési ‘ko’ könyvtárak. A beillesztési mutagének magukban foglalják az ismert átültethető elemek (pl., retrotranszpozonok, amelyek hajlamosak átültetni az aktív gének), hogy készítsen sor linesin amely elméletileg minden gén a genomban már inaktivált a transzpozon behelyezés. Ezek a vonalak felhasználhatók olyan gének azonosítására,amelyek bizonyos fenotípusokat okoznak, vagy fordítva, felhasználhatók a génfunkció azonosítására egy adott ismert gén inaktivációjához kapcsolódó fenotípus keresésével. Az inszerciós mutánsoknak azonban instabilnak kell lenniük (azaz a transzpozon címke kivágása, pl., Ac/Ds bináris rendszer, a következő generációban a fenotípus visszatérhet az eredeti szülő típushoz,vagy a retrotranszpozon címkék aktiválása különböző feszültségeken keresztül megsokszorozhatja a beillesztési eseményeket, például mikropropagáció során). A behelyezett mutagenezishez képest a hagyományosmutációs indukció (azaz fizikai vagy kémiai szerek használata) biztosítja a stabil mutációk előnyeit.
elméletileg a törlési könyvtárak előállítása magában foglalja a mérsékelten nagy törlések indítását, ideális esetben 1 kb-tól 100 kb-ig terjedő méretben, mindegyik sorban.,Ezeknek a törléseknek ki kell terjedniük a genetikai repertoár minden génjének szegmenseire, és legalább egy sort kell képviselniük a deléciós könyvtárban. Ezek a deléciós vonalak, ha teljes genomgén-tömbökkel együtt alkalmazzák, felhasználhatók bizonyos fenotípusokért felelős gének azonosítására vagy az ismert gének egyes fenotípusokkal való összefüggésének megerősítésére.
egy újszerű és fontos fordított genetikai megközelítés “a genomokban indukált lokális elváltozások célzása” (TILLING)., Itt, nagy számú kis változások, vagy DNS bázispár helyettesítésvagy kis deléciók átívelő nem több, mint néhány bázispár, indukált egy sor vonalak. Ezek a vonalak gén funkciója lehet által megállapított tömörítő egy fenotípus-val, valamint egy adott gén regény allélek ismert gének létre.
az elkövetkező években az ilyen új technológiák egyre nagyobb hatással lesznek a gyakorlati növénynemesítésre. Ezek azonban különböző típusú mutációkat igényelnek, amelyeket specifikus gyakorisággal indukálnak., A mutációs folyamat testreszabása érdekében meg kell érteni, hogy a mutációk bizonyos osztályai hogyan keletkeznek és oszlanak el a genomokon. A múltban ez nem volt lehetséges az analitikai eszközök hiánya és a DNS-károsodás folyamatának nem megfelelő ismerete, valamint a növényi genomok architektúrája miatt. Ezenkívül csak korlátozotta növényi gének számát szekvenálták. Ma a nagy áteresztőképességű DNS szekvenálási módszerek bioinformatikával és funkcionális genomikai megközelítésekkel párosulva széles körű ismereteket nyújtanak a genom architektúrájáról., A modell kétszikű növény, az Arabidopsis és a modell monokotiledon teljes genomikus DNS-szekvenciája a közelmúltban vált elérhetővé. Az alsoscientisták most egy sor módszerrel találják magukat, amelyeket többnyire molekuláris marker technológiákként fejlesztettek ki, amelyek adaptálhatók a DNS-szekvencia változásainak számszerűsítésére. Mindent egybevetve, a DNS-károsodás tudományát a fizikai és kémiai mutagének indukálják az emberi genetikából a növényi rendszerekbe., Ma már számos technológia használható arra, hogy a generációk számán át számszerűsítsük a mögöttes alapkamatot, a spontán mutációt és a mutációs szerek pillanatnyi hatásait. Így a tudósok most végre találják magukat apozícióban, hogy olyan kísérleteket végezzenek, amelyek feltárhatják a különböző mutagének által kiváltott mutációk fajtáit, hogy az indukált mutáció jövőbeli felhasználói teljes mértékben informált módon használhassák a technológiát.,
célok:
A cél az, hogy megértsük a mutáció indukció mechanizmusát a növényekben, és számszerűsítsük a Dnainben a változások típusait (bázispárváltozások vagy törlések), gyakoriságát (a mutagén dózishoz viszonyított változás aránya) és mintáit (a genom különböző részeiben bekövetkező változások indukciója), amelyeket számos fizikai és kémiai mutagén okoz számos kulcsfontosságú növényfajban. A molekuláris marker, a DNS-tömb és az új reverz genetikai módszerek egyedi megközelítésben kerülnek felhasználásra, hogy elemezzék és felmérjék a számos agronómiai jelentőségű növényben kiváltott mutációk indukcióját., Ezeket az eredményeket olyan protokollok és iránymutatások kidolgozására fogják használni, amelyek fontosak az indukált mutáció jövőbeni felhasználásához a növénybiológiában és a növénytermesztésben. A megszerzett ismeretek célzott indukált mutáció és kiegészítő genomikai megközelítések alkalmazásával segítik a tagállamokat a növénytermesztési programok fokozásában a mezőgazdasági fenntarthatóság, az élelmiszerbiztonság és a gazdasági stabilitás növelése céljából. Ez a CRP kihasználja a DNS-elemzés és a genomika új fejleményeit a különböző mutagének által előidézett mutációk típusainak, gyakoriságának, arányainak és mintáinak meghatározására., Ez olyan tudásbázist fog létrehozni, amely az indukált mutációs technológiák jövőbeli felhasználóit irányítja és segíti a növénytermesztés és a genomika fejlesztésében.Ezenkívül a fizikai mutagénekre, például a gammára és a gyors neutronra vagy a röntgensugárzásra fog összpontosítani. A kiválasztott kémiai mutagéneket a relatív összehasonlításhoz is felhasználjáka mutagén szerek mindkét típusának hatékonysága. Ezeknek a mutagéneknek a hatását genetikailag homogén vetőmagra és vegetatívan szaporított növényi anyagra fogják értékelni.,A konkrét fő célkitűzések a következők:
- az M1-es generáció DNS-károsodásának mechanizmusainak és teljes szintjének meghatározása, pl. közvetlenül a csírázás előtti és utáni vizsgálatokban kezelt vetőmagban.
- az M2 generációk mutációinak típusainak, gyakoriságának, arányainak és mintáinak meghatározása a) egész genomokon és B) a genomokon belüli célzott DNS-szekvenciákban.
- a spontán mutáció generációk közötti típusának és arányának meghatározása a legfontosabb növénycsoportokban (pl. kiválasztott növényrendszer, a spontán mutáció kiindulási arányának és a genotípus mutagenitásának inherens mutatójaként).,
- protokollok és iránymutatások készítése bizonyos mutagének alkalmazására a növénytermesztés és a genomika területén számos specifikus alkalmazás esetében.
- a differenciális sugárzási érzékenység kémiai és molekuláris alapjának meghatározása ugyanazon növényfajok különböző fajtáiban.
- a kiindulási spontán mutáció típusának és arányának számszerűsítése Többgenerációs mutáció akkumulációs kísérletekkel.
résztvevők:
Letöltés pdf]
projekt tisztviselő:
P. J. L. Lagoda