Virkninger av mutagene midler på DNA-sekvens i planter
Bakgrunn:
Moderne anlegg oppdrettere og bønder kan utnytte et vell av naturlig biologisk mangfold, som kan være allment utvidet gjennom theapplication av mutasjon induksjon teknikker., Virkningen av indusert mutasjon på beskjære forbedring er reflektert i 2316 offisielt registrert varianter (IAEAS database på officiallyregistered muterte varianter, MVD) bærer romanen indusert variasjon. Videre er om lag tre fjerdedeler av disse er direkte muterte varianter avledet fra behandling med gamma stråler, thushighlighting betydningen av fysisk mutagens. Alt dette fører til en enorm økonomisk innvirkning på landbruk og matproduksjon som er i dag verdsatt i milliarder av dollarsand millioner av hektar dyrket (Ahloowalia et al. i prep.)., Men, mens den agronomic potensial av indusert mutasjon er godt forstått, den nøyaktige effekten av ulike mutagenicagents på DNA-sekvens i planter har aldri blitt beskrevet. Videre, i de siste årene roman revers genetikk og genet funnet teknologi har påvirket renewedinterest i indusert mutasjon. For disse nye programmer er det nødvendig å forstå mer tydelig typer mutasjoner som genereres av de ulike klasser av mutagens,og til å måle frekvens og fordeling langs genomet., I dag, og for første gang, teknologier er på plass for å gjennomføre eksperimenter er nødvendig for å forstå dette.
Mutagene midler kan deles inn i tre kategorier: fysisk (f.eks., gamma-stråler), kjemiske (f.eks., ethyl metan sulphonate) og transposable elementer (for eksempel transposons,retrotransposons, T-DNA, retroviruses). På nåværende, begrensede data er tilgjengelig på omfanget av genetiske effekter indusert på molekylært nivå i planter og spesifisitet andrelative effektiviteten av disse ulike kategoriene av agenter., Disse effektene innebærer DNA-skade, noe som resulterer i base par endringer (enkelt/enkelt nukleotid polymorfismer, SNPs),små innsettinger og slettinger (indels) og kromosomale rearrangements. Enda mindre er kjent om hvordan induserte mutasjoner samhandle med epigenetisk prosesser, for eksempel metylering,aktivering av retro-elementer og uro av høyere orden DNA-strukturen.,
Mens oppdrettere har vært med mutasjon induksjon til å utvide den genetiske base av germplasm, og har brukt det mutant linjer direkte som nye varianter eller som kilder til nye variationin cross-avlsprogram, kunnskap om den nøyaktige naturen av den induserte mutasjoner ikke var nødvendig. Intuitivt et nøkternt nivå på liten base par rearrangementand sletting ble ansett for å være det ideelle. I dag, bruk av mutasjon teknikker har ekspandert utover programmer i avl å genet discovery og revers genetikk., Thesenew høy gjennomstrømning programmer som krever spesifikke klasser av mutasjoner som er indusert med høy effektivitet over hele avlingen anlegg genomer, og følgelig knowledgeof den nøyaktige naturen av indusert mutasjon er å bli et problem.
Høy gjennomstrømning genet oppdagelse metoder avhenge sterkt på insertional ‘knockout’ linjer, nå klassiske ‘gen maskiner’, og sletting ‘knockout’ biblioteker. Insertional mutagenesisinvolves indusere økt aktivitet av transposition av kjente transposable elementer (f.eks., retrotransposons som har en tendens til å transponere til aktive gener) til å produsere serien av linesin som, i teorien, alle gener i genomet har blitt inaktivert av transposon innsetting. Disse linjene kan brukes til å identifisere gener som forårsaker bestemt phenotypes eller omvendt, kan brukes til å identifisere genet funksjon ved å søke etter en fenotype som er forbundet med virkningen av en bestemt kjent gen. Imidlertid, insertional mutanter har atendency å være ustabil (dvs. eksisjon av transposon-tag, f.eks., Ac/Ds binære systemet, i neste generasjon kan føre til fenotypen for å gå tilbake til den opprinnelige foreldre type,eller aktivering av retrotransposon koder gjennom ulike påkjenninger kan multiplisere innsetting hendelser, f.eks. under micropropagation). I forhold til insertional mutagenesis, conventionalmutation induksjon (dvs. ved bruk av fysiske eller kjemiske midler) gir fordelen av stabil mutasjoner.
I teorien, produksjon av sletting biblioteker innebærer inducing moderat stor slettinger, ideell som strekker seg over 1 kb til 100 kb i størrelse, i hver av en rekke linjer.,Disse slettinger skal omfatte segmenter av hvert gen i den genetiske repertoar og bør være representert med minst ved en linje i sletting bibliotek. Disse sletting linjer kan,når det brukes sammen med hel-genom-genet matriser, brukes til å identifisere gener som er ansvarlig for spesielt phenotypes eller for å bekrefte foreningen av kjente gener med særlig phenotypes.
En ny og viktig revers genetikk tilnærming er ‘målretting indusert lokale lesjoner i genomet’ (TILLING)., Her, et stort antall av små endringer, enten DNA-base-par substitutionsor små slettinger som strekker seg over mer enn et par base-par, er indusert i en rekke linjer. I disse linjene genet funksjonen kan fastslås ved å knytte en fenotype med changesin et bestemt gen og nye alleler av kjente gener kan bli generert.
i Løpet av de kommende år, nye teknologier, slik som disse vil ha økende betydning i praktisk planteforedling. Men, de vil kreve ulike typer mutasjoner indusert på specificfrequencies., For å tilpasse mutasjon prosessen, vil det være et behov for å forstå hvordan bestemte klasser av mutasjoner er generert og distribuert over genomer. I det siste, dette hasnot vært mulig på grunn av mangel på analytisk verktøy og en utilstrekkelig kunnskap om både prosessen med DNA-skade og arkitektur av plante-genomet. I tillegg, bare en restrictednumber av anlegget gener ble sekvensert. I dag, høy gjennomstrømning DNA-sekvensering metoder kombinert med bioinformatikk og funksjonell genomisk tilnærminger gi omfattende knowledgeon genom arkitektur., Komplett genomisk DNA sekvens av en modell dicotyledonous anlegg, Arabidopsis, og en modell monocotyledon, ris har blitt tilgjengelig nylig. Alsoscientists finne seg nå med en rekke metoder, som for det meste er utviklet som molecular markør teknologier som kan tilpasses til å kvantifisere endringer i DNA-sekvensen. Alt i alt, thestage er satt til å overføre vitenskap av DNA-skade forårsaket av fysiske og kjemiske mutagens fra human genetikk å plante systemer., Et spekter av teknologier kan nå brukes til å quantifyboth den underliggende base rate over antall generasjoner, av spontan mutasjon og de umiddelbare virkninger av mutasjon agenter. Dermed forskerne nå endelig finne seg i aposition til å gjennomføre eksperimenter som kan løse typer mutasjoner indusert av ulike mutagens slik at fremtidige brukere av indusert mutasjon kan bruke teknologien på en fullt informedmanner.,
Mål:
målet er å forstå mekanismen av mutasjon induksjon i planter og å kvantifisere typer (base pairchanges eller sletting), frekvenser (tallene for endring i forhold til mutagens dose) og mønstre (induksjon av endringer i ulike deler av genomet) av endringer i DNAinduced av en rekke fysiske og kjemiske mutagens i en rekke viktige beskjære plantearter. Molekylære markører ved DNA-matrise, og romanen omvendt genetiske metoder vil beused i en unik tilnærming til å analysere og kartlegge induksjon av mutasjoner som fremkalles i en rekke planter av agronomic betydning., Disse resultatene vil bli brukt til å gi protocolsand retningslinjene viktig for fremtidig bruk av induserte mutasjoner i plantebiologi og beskjære forbedring. Kunnskap vil bistå medlemslandene i å forbedre beskjære breedingprogrammes gjennom anvendelse av målrettede induserte mutasjoner og utfyllende genom tilnærminger har som mål å øke landbruket bærekraft, foodsecurity og økonomisk stabilitet. Dette CRP vil utnytte nye utviklingen i DNA-analyse og genomics å definere typer, frekvenser, priser og mønstre av mutasjon inducedby de ulike mutagens., Dette vil skape en kunnskapsbase som vil veilede og hjelpe fremtidige brukere av indusert mutasjon teknologier for beskjære forbedring og genomics.Videre vil det fokus på fysisk mutagens, for eksempel gamma og rask nøytron eller røntgenstråling. Utvalgte kjemiske mutagens vil også bli brukt til å sammenligne relativeefficiency av begge typer mutagene midler. Effekten av disse mutagens vil bli evaluert på genetisk homogen frø og vegetatively spredd plantemateriale.,Spesifikke hovedmål er:
- å Bestemme mekanismer og total nivåer av DNA-skade i M1 generasjon, for eksempel direkte i behandlet frø i pre – og post-spiring analyser.
- å Bestemme typer, frekvenser, priser og mønstre av mutasjoner i M2 generasjoner, og over (en) hele genomer og (b) i målrettet DNA-sekvenser i genomet.
- for å Bestemme type og pris av spontan mutasjon over generasjoner i key beskjære planten grupper (f.eks., velg en plante systemet, for å fastslå den spontane pris som en baseline og som en iboende indikator på genotype mutasjonsfremmende karakter).,
- Utarbeidelse av protokoller og retningslinjer for bruk av bestemte mutagens for en rekke spesifikke applikasjoner i beskjære forbedring og genomics.
- å Bestemme den kjemiske og molekylære grunnlaget for differensial-stråling-følsomhet i ulike varianter av samme avling arter.
- Hvilken type og sats på baseline spontan mutasjon, ved hjelp av multi-generasjon mutasjon akkumulering eksperimenter.
Deltakere:
Last ned pdf]
Project Officer:
P. J. L. Lagoda