Efeitos mutagênicos agentes na sequência de DNA em plantas
plano de Fundo:
Moderna fábrica de criadores e agricultores, pode explorar a riqueza da biodiversidade natural, que pode ser amplamente ampliada através de theapplication de técnicas de indução de mutação., O impacto da mutação induzida na melhoria das culturas reflecte-se nas 2316 variedades oficialmente registadas (base de dados da AIEA sobre variedades mutantes oficialmente registadas, MVD) que apresentam variações novas induzidas. Além disso, cerca de três quartos destas são variedades mutantes directas derivadas do tratamento com raios gama, que ilustram a importância dos mutagéneos físicos. Tudo isto se traduz num enorme impacto económico na agricultura e na produção alimentar, actualmente avaliado em milhares de milhões de dólares e milhões de hectares cultivados (Ahloowalia et al. em preparação.)., No entanto, embora o potencial Agronómico de mutação induzida seja bem compreendido, os efeitos precisos de diferentes agentes mutagénicos na sequência de ADN das plantas nunca foram descritos. Além disso, nos últimos anos, a nova genética reversa e as tecnologias de descoberta de genes têm estimulado o interesse pela mutação induzida. Para estas novas aplicações é necessário compreender mais claramente os tipos de mutações geradas pelas diferentes classes de mutagéneos e medir a sua frequência e distribuição ao longo do genoma., Hoje, e pela primeira vez, as tecnologias estão em vigor para realizar as experiências necessárias para obter essa compreensão.os agentes mutagénicos podem ser classificados em três categorias: físicos (por exemplo, raios gama), químicos (por exemplo,sulfonato de etilo e metano) e elementos transponíveis (por exemplo, transposões, retrotransposões, ADN-T, retrovírus). Actualmente, estão disponíveis dados limitados sobre o âmbito dos efeitos genéticos induzidos a nível molecular nas plantas e sobre a especificidade e a eficiência lativa destas diferentes categorias de agentes., Estes efeitos envolvem danos ao DNA, o que resulta em mudanças de pares de bases (polimorfismos nucleótidos simples,SNPs), pequenas inserções e deleções (indels) e rearranjos cromossômicos. Ainda menos se sabe sobre como a mutação induzida interage com processos epigenéticos, tais como metilação,ativação de retro-elementos, e perturbação da estrutura de DNA de ordem superior.,embora os criadores tenham utilizado a indução de mutação para alargar a base genética do germoplasma, e tenham utilizado as linhas mutantes directamente como novas variedades ou como fontes de novas variedades em programas de reprodução cruzada, não foi necessário conhecer a natureza exacta das mutações induzidas. Intuitivamente, um nível conservador de rearranjo e exclusão de pares de base pequenos foi considerado ideal. Hoje em dia, o uso de técnicas de mutação expandiu-se além de aplicações na reprodução para a descoberta de genes e genética reversa., Estas novas aplicações de alto rendimento requerem classes específicas de mutações que são induzidas com elevada eficiência em genomas vegetais inteiros e, consequentemente, o conhecimento da natureza precisa da mutação induzida está a tornar-se um problema.
métodos de descoberta de genes de alta capacidade dependem fortemente das linhas de ‘Knock-Out’ insercionais, as agora clássicas ‘máquinas de genes’, e as bibliotecas de eliminação ‘knock-out’. Mutagéneos insercionais estão envolvidos na indução de uma maior actividade de transposição de elementos transponíveis conhecidos (e.g., retrotransposões que tendem a transpor para genes ativos) para produzir séries de linesinas que, em teoria, cada gene no genoma terá sido inativado pela inserção de transposões. Estas linhas podem ser usadas para identificar genes que causam fenótipos particulares ou, inversamente, podem ser usadas para identificar a função genética, buscando um fenótipo associado com a inactivação de um determinado gene conhecido. No entanto, mutantes insercionais têm tendência a ser instáveis (excisão da tag de transposon, e.g., Sistema binário Ac / Ds, na próxima geração pode fazer com que o fenótipo volte ao tipo original,ou ativação de tags retrotransposon através de diferentes tensões pode multiplicar eventos de inserção, por exemplo, durante a micropropagação). Em comparação com a mutagénese insercional, a indução da computação convencional (isto é, utilizando agentes físicos ou químicos) proporciona a vantagem de mutações estáveis.
em teoria, a produção de bibliotecas de deleção envolve a indução de deleções moderadamente grandes, idealmente abrangendo de 1 kb a 100 kb em tamanho, em cada uma de uma série de linhas.,Estas supressões devem abranger segmentos de cada gene no repertório genético e devem ser representadas pelo menos por uma linha na biblioteca de deleção. Estas linhas de deleção podem, quando usadas em conjunto com matrizes genômicas inteiras, ser usadas para identificar genes responsáveis por fenótipos particulares ou para confirmar a associação de genes conhecidos com fenótipos particulares.uma nova e importante abordagem de genética reversa é “direcionar lesões locais induzidas em genomas” (TILLING)., Aqui, um grande número de pequenas alterações, ou substituições de pares de bases de ADN ou pequenas supressões que abrangem apenas alguns pares de bases, são induzidas numa série de linhas. Nestas linhas, a função do gene pode ser determinada associando um fenótipo com as changesinas de um determinado gene e alelos novos de genes conhecidos podem ser gerados.nos próximos anos, novas tecnologias como estas terão um impacto crescente na criação prática de plantas. No entanto, necessitarão de diferentes tipos de mutações induzidas emrequências específicas., A fim de adaptar o processo de mutação, haverá necessidade de compreender como classes específicas de mutações são geradas e distribuídas por genomas. No passado, isto não foi possível devido à falta de ferramentas analíticas e a um conhecimento inadequado tanto do processo de danificação do ADN como da arquitectura dos genomas vegetais. Além disso, apenas um número restrito de genes vegetais foi sequenciado. Hoje em dia, métodos de sequenciamento de DNA de alta produção, juntamente com bioinformática e abordagens genômicas funcionais, fornecem um amplo conhecimento sobre a arquitetura do genoma., A sequência de DNA genômico completo de uma planta dicotiledônia modelo, Arabidopsis, e um monocotiledon modelo, rice tornou-se disponível recentemente. Os alsocientistas encontram-se agora com uma série de métodos, principalmente desenvolvidos como tecnologias de marcadores moleculares que podem ser adaptados para quantificar mudanças na sequência de DNA. Em suma, a estagem destina-se a transferir a ciência dos danos do ADN induzidos por mutagéneos físicos e químicos da genética humana para os sistemas vegetais., Uma gama de tecnologias pode agora ser utilizada para quantificar tanto a taxa de base subjacente, ao longo do número de gerações, da mutação espontânea e os efeitos instantâneos dos agentes de mutação. Assim, os cientistas encontram-se agora finalmente em posição de realizar experiências que podem desvendar os tipos de mutações induzidas por diferentes mutagéneos para que os futuros utilizadores de mutações induzidas possam utilizar a tecnologia num homem totalmente informado.,
Objetivos:
O objetivo é entender o mecanismo de indução de mutação em plantas e quantificar os tipos (base pairchanges ou exclusões), frequência (taxas de variação em relação a agentes mutagénicos dose) e padrões (indução de alterações em diferentes partes do genoma) de alterações em DNAinduced por uma gama de física e química mutagénicos em um intervalo de chave de colheita de espécies vegetais. O marcador Molecular, a matriz de ADN e as novas metodologias genéticas reversas serão utilizados numa abordagem única para analisar e examinar a indução de mutações originadas numa série de plantas de importância Agronómica., Estes resultados serão utilizados para fornecer protocolos e directrizes importantes para o uso futuro da mutação induzida na biologia vegetal e na melhoria das culturas. Os conhecimentos obtidos ajudarão os Estados-Membros a melhorar os programas de produção de culturas através da aplicação de mutações induzidas específicas e de abordagens genómicas complementares, com o objectivo de aumentar a sustentabilidade agrícola, a segurança alimentar e a estabilidade económica. Este programa explorará novos desenvolvimentos na análise do ADN e na genómica para definir os tipos, frequências, Taxas e padrões de mutação induzidos pelos diferentes mutagéneos., Isso irá gerar uma base de conhecimento que irá orientar e ajudar os futuros usuários de tecnologias de mutação induzida para a melhoria de culturas e genômica.Além disso, concentrar-se-á em mutagéneos físicos, tais como radiação gama e rápida de neutrões ou raios-X. Os agentes mutagénicos químicos seleccionados serão igualmente utilizados para comparar a eficiência relativa de ambos os tipos de agentes mutagénicos. Os efeitos destes mutagénicos serão avaliados em sementes geneticamente homogéneas e material vegetal propagado vegetativamente.,Os principais objectivos específicos incluem:
- mecanismos de determinação e níveis totais de danos ao ADN na geração M1, por exemplo, directamente nas sementes tratadas em ensaios pré e pós – germinação.determinando tipos, frequências, Taxas e padrões de mutações em gerações M2, sobre (a) genomas inteiros e (B) em sequências de ADN específicas dentro dos genomas.determinar o tipo e a taxa de mutação espontânea ao longo de gerações em grupos-chave de plantas vegetais (por exemplo, um sistema de plantas selectas, para determinar a taxa espontânea como base e como indicador inerente da Mutagenicidade do genótipo).,preparação de protocolos e directrizes para a utilização de mutagéneos específicos para uma série de aplicações específicas na melhoria das culturas e na genómica.determinação da base química e molecular para a sensibilidade diferencial à radiação em diferentes variedades da mesma espécie vegetal.quantificando o tipo e a taxa de mutação espontânea inicial, utilizando experiências de acumulação de mutações de várias gerações.
participantes:
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Project Officer:
P. J. L. Lagoda