Efecte de agenți mutageni pe secvența ADN la plante
Context:
instalație Modernă de crescători și fermieri pot exploata o multitudine de biodiversitate naturală, care poate fi extins pe scară largă prin intermediul aplicării de mutație tehnici de inducere., Impactul mutației induse asupra îmbunătățirii culturilor este reflectat în cele 2316 soiuri înregistrate oficial (baza de date a AIEA privind soiurile mutante înregistrate OFICIAL, MVD) care poartă variații induse noi. Mai mult decât atât, aproximativ trei sferturi dintre acestea sunt direct mutant soiuri derivate din tratamentul cu raze gamma, thushighlighting importanța fizice mutageni. Toate acestea se traduc într-un impact economic extraordinar asupra agriculturii și producției alimentare, care este în prezent evaluată în miliarde de dolariși milioane de hectare cultivate (Ahloowalia et al. în prep.)., Cu toate acestea, în timp ce potențialul agronomic al mutației induse este bine înțeles, efectele precise ale diferiților agenți mutagenici asupra secvenței ADN din plante nu au fost niciodată descrise. Mai mult decât atât, în ultimii ani, noi inversa genetica si tehnologii de descoperire a genelor au stimulat renewedinteres în mutație indusă. Pentru aceste noi aplicații este necesar să se înțeleagă mai clar tipurile de mutații generate de diferitele clase de mutageni și să se măsoare frecvența și distribuția acestora de-a lungul genomului., Astăzi, și pentru prima dată, tehnologiile sunt în vigoare pentru a întreprinde experimentele necesare pentru a obține această înțelegere.agenții mutageni pot fi clasificați în trei categorii: fizici (de exemplu, raze gamma), chimici (de exemplu, sulfonat de etil metan) și elemente transpozabile (cum ar fi transpozonii,retrotranspozonii, ADN-ul T, retrovirusurile). În prezent, sunt disponibile date limitate privind sfera efectelor genetice induse la nivel molecular la plante și specificitatea și eficiența relativă a acestor diferite categorii de agenți., Aceste efecte implică deteriorarea ADN-ului, ceea ce duce la modificări ale perechilor de bază (polimorfisme nucleotidice simple/simple,SNP), inserții și ștergeri mici (indels) și rearanjamente cromozomiale. Chiar mai puțin se știe despre modul în care mutația indusă interacționează cu procesele epigenetice, cum ar fi metilarea,activarea retro-elementelor și perturbarea structurii ADN de ordin superior.,în timp ce crescătorii au folosit inducerea mutațiilor pentru a lărgi baza genetică a germoplasmei și au folosit liniile mutante direct ca soiuri noi sau ca surse de noi variații în programele de încrucișare, cunoașterea naturii exacte a mutațiilor induse nu a fost necesară. Intuitiv un nivel conservator de rearanjare a perechilor de bază miciși ștergerea a fost considerată a fi ideală. În zilele noastre, utilizarea tehnicilor de mutație s-a extins dincolo de aplicațiile în reproducere, până la descoperirea genelor și genetica inversă., Thesenew high-throughput aplicații necesită anumite clase de mutații care sunt induse de înaltă eficiență pe întreaga plantă de cultură genomuri, și, prin urmare, knowledgeof natura exactă a indus mutații este de a deveni o problemă.metodele de descoperire a genelor de mare viteză depind în mare măsură de liniile „knockout” inserționale, de acum clasicele „mașini de gene” și de bibliotecile „knockout” de ștergere. Mutageneza inserțională implică inducerea unei activități sporite de transpunere a elementelor transpozabile cunoscute (de exemplu,, retrotransposons care tind să transpună în gene active) pentru a produce serii de liniiîn care, teoretic, fiecare genă din genom va fi fost inactivată prin inserția transpozonului. Aceste linii pot fi utilizate pentru a identifica genele care cauzează anumite fenotipuri sau,invers, pot fi utilizate pentru a identifica funcția genei prin căutarea unui fenotip asociat cu inactivarea unei anumite gene cunoscute. Cu toate acestea, mutanții inserționali au tendința de a fi instabili (adică excizia marcajului transposon, de exemplu., Sistemul binar Ac/Ds, în următoarea generație ar putea determina fenotipul să revină la tipul părinte inițial sau activarea etichetelor retrotransposon prin diferite solicitări ar putea multiplica evenimentele de inserție,de exemplu în timpul micropropagării). În comparație cu mutageneza inserțională, inducția convențională a mutației (adică utilizarea agenților fizici sau chimici) oferă avantajul mutațiilor stabile.în teorie, producția de biblioteci de ștergere implică inducerea unor ștergeri moderat mari, care se întind în mod ideal între 1 kb și 100 kb în fiecare dintr-o serie de linii.,Aceste ștergeri ar trebui să cuprindă segmente ale fiecărei gene din repertoriul genetic și ar trebui să fie reprezentate cel puțin de o linie în biblioteca de ștergere. Aceste linii de deleție pot, atunci când sunt utilizate împreună cu matricele genomului întreg, să fie utilizate pentru a identifica genele responsabile pentru anumite fenotipuri sau pentru a confirma asocierea genelor cunoscute cu anumite fenotipuri.
O abordare nouă și importantă a geneticii inverse este „direcționarea leziunilor locale induse în genomi” (arat)., Aici, un număr mare de modificări mici, fie substituții de perechi de baze ADN, fie ștergeri mici care nu acoperă mai mult de câteva perechi de baze, sunt induse într-o serie de linii. În aceste linii funcția genei poate fi constatată prin asocierea unui fenotip cu schimbărileîntr-o anumită genă și pot fi generate alele noi ale genelor cunoscute.în următorii ani, noile tehnologii, cum ar fi acestea, vor avea un impact din ce în ce mai mare în creșterea practică a plantelor. Cu toate acestea, acestea vor necesita diferite tipuri de mutații induse la anumite frecvențe., Pentru a adapta procesul de mutație, va fi necesar să se înțeleagă modul în care sunt generate și distribuite clase specifice de mutații pe genomi. În trecut, acest lucru nu a fost posibil din cauza lipsei de instrumente analitice și a cunoașterii inadecvate atât a procesului de deteriorare a ADN-ului, cât și a arhitecturii genomului plantelor. În plus, doar o restricțienumărul de gene de plante au fost secvențiate. Astăzi, metodele de secvențiere a ADN-ului de mare capacitate, împreună cu Bioinformatica și abordările genomice funcționale oferă o vastă arhitectură a genomului de cunoștințe., Secvența ADN genomică completă a unei plante dicotiledonate model, Arabidopsis, și un model de monocotiledon, orez a devenit disponibil recent. De asemeneaoamenii de știință se găsesc acum cu o serie de metode, dezvoltate mai ales ca tehnologii de marker molecular care pot fi adaptate pentru a cuantifica modificările secvenței ADN. Toate în toate, thestage este setat pentru a transfera stiinta de daune ADN-ului induse de mutageni fizice și chimice de la genetica umana la sistemele de plante., O serie de tehnologii ce pot fi folosite acum pentru a quantifyboth bază rata de bază, peste numărul de generații, de mutație spontană și instantanee efecte de mutație agenți. Astfel, oamenii de știință se găsesc acum în cele din urmă în apoziție pentru a întreprinde experimente care pot dezvălui tipurile de mutații induse de mutageni diferiți, astfel încât viitorii utilizatori ai mutației induse să poată utiliza tehnologia într-un mod complet informat.,
Obiective:
scopul este De a înțelege mecanismul de mutatie inducție în plante și să cuantifice tipuri (de bază pairchanges sau deleții), frecvența (rata de variație relativă a mutageni doză) și modele (inducerea de schimbări în diferite părți ale genomului) de modificări în DNAinduced de o serie de agenńi mutageni fizici și chimici într-o gamă de cheie de culturi de specii de plante. Markerul Molecular, matricea ADN-ului și noile metodologii genetice inverse vor fi utilizate într-o abordare unică pentru a analiza și supraveghea inducerea mutațiilor provocate într-o serie de plante de importanță agronomică., Aceste rezultate vor fi utilizate pentru a furniza protocoale și orientări importante pentru utilizarea viitoare a mutației induse în biologia plantelor și îmbunătățirea culturilor. Cunoștințele obținute vor asista Statele Membre în creșterea culturilor breedingprogrammes prin aplicarea țintită a indus mutații și complementare de abordare genomică cu scopul de a crește agricole sustenabilitate, securitate alimentară și stabilitatea economică. Acest CRP va exploata noile evoluții în analiza ADN și genomică pentru a defini tipurile, frecvențele, ratele și modelele de mutație induse de diferitele mutagene., Aceasta va genera o bază de cunoștințe care va ghida și asista viitorii utilizatori ai tehnologiilor de mutație indusă pentru îmbunătățirea culturilor și genomică.În plus, se va concentra pe mutageni fizici, cum ar fi radiația gamma și neutronul rapid sau radiația cu raze X. Mutagenii chimici selectați vor fi, de asemenea, utilizați pentru a compara rudaeficiența ambelor tipuri de agenți mutageni. Efectele acestor mutageni vor fi evaluate asupra semințelor omogene genetic și a materialului vegetal înmulțit vegetativ.,Obiectivele majore specifice includ:
- determinarea mecanismelor și nivelurilor totale de deteriorare a ADN – ului la generația M1, de exemplu direct în semințele tratate în testele pre-și post-germinare.
- determinarea tipurilor, frecvențelor, ratelor și modelelor de mutații în generațiile M2, peste (a) genomii întregi și (b) în secvențele ADN vizate din genomuri.
- determinarea tipului și ratei mutației spontane de-a lungul generațiilor în grupurile cheie de plante de cultură (de exemplu, un sistem de plante selectat, pentru a determina rata spontană ca bază și ca indicator inerent al mutagenității genotipului).,
- pregătirea protocoalelor și a liniilor directoare pentru utilizarea mutagenilor specifici pentru o serie de aplicații specifice în îmbunătățirea culturilor și genomică.
- determinarea bazei chimice și moleculare pentru sensibilitatea diferențială la radiații în diferite soiuri ale aceleiași specii de culturi.
- cuantificarea tipului și ratei mutației spontane inițiale, utilizând experimente de acumulare de mutații de mai multe generații.
Participanți:
Download pdf]
Ofițer de Proiect:
P. J. L. Lagoda