• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy dokonali sekwencjonowania genomu zarazy ziemniaczanej

    11.09.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Międzynarodowy zespół naukowców dokonał sekwencjonowania genomu zarazy ziemniaczanej - patogenu, który wywołał klęskę głodu w Irlandii i nadal jest co roku przyczyną strat rolników na zbiorach ziemniaków rzędu 6,7 mld USD (4,6 mld EUR). Wyniki opublikowane w czasopiśmie Nature pomogą wyjaśnić, w jaki sposób zaraza ziemniaczana przystosowuje się tak szybko do wszelkich prób jej wyeliminowania i mogą doprowadzić do wypracowania nowych strategii kontroli patogenu.

    Zarazę ziemniaczaną wywołuje organizm zwany Phytophthora infestans, który dobrze się rozwija w chłodnych i wilgotnych warunkach atmosferycznych. Ziemniaki są czwartą pod względem wielkości uprawą spożywczą na świecie, a P. infestans jest największym wrogiem hodowców tych bulw, gdyż po zakażeniu rośliny obumierają w ciągu tygodnia.

    Hodowcy przeznaczają ogromne pieniądze na oprysk upraw środkami grzybobójczymi, aby zahamować zarazę. Naukowcy stworzyli odmiany ziemniaka odpornego na zarazę ziemniaczaną, jednak patogen szybko zaadaptował się do tych nowych odmian. W jaki sposób P. infestans dokonuje tego, to zagadka pozostająca bez odpowiedzi od lat.

    W ramach ostatnich badań, naukowcy dokonali sekwencjonowania genomu P. infestans i porównali go z genomami dwóch powiązanych pleśni wodnych (lęgniowców): P. sojae, która powoduje gnicie korzeni soi oraz P. ramorum, która powoduje nagłą śmierć dębów.

    Wyniki okazały się zaskakujące. Po pierwsze, z 240 milionami par zasad genom P. infestans jest znacznie większy od swoich bliskich krewnych, P. sojae (95 milionów par zasad) i P. ramorum (65 milionów par zasad).

    Genom P. infestans posiada również niezwykłą budowę. Większość z 18.000 genów jest ciasno upakowana w regionach gęsto wypełnionych genami, które łącznie stanowią około jedną czwartą genomu. Większość z nich to geny "gosposie", które niewiele się zmieniły w toku ewolucji i są odpowiedzialne za bieżące utrzymanie i reprodukcję patogenu.

    Dla porównania, pozostałe trzy czwarte genomu składa się w przeważającym stopniu z długich odcinków wielokrotnych kopii segmentów DNA. Niewielka liczba genów, która znajduje się w tych "intensywnie powtórkowych" regionach ma kluczowe znacznie dla zdolności P. infestans do zakażania ziemniaków i innych roślin.

    "Nasze odkrycia sugerują istnienie genomu "o dwóch prędkościach", co oznacza, że różne części genomu ewoluują z różną prędkością" - wyjaśnia naczelny autor raportu, profesor Sophien Kamoun z Laboratorium Sainsbury w Wlk. Brytanii. "Taka struktura genomu o dwóch prędkościach może pozwalać P. infestans na szybkie dostosowywanie się do roślin żywicieli, podczas gdy główny zestaw genów podstawowej biologii organizmu pozostaje zachowany."

    "W przeciwieństwie do dobrze zachowanych regionów, w których znajduje się większość genów, intensywnie powtórkowe regiony zmieniają się szybko w czasie, działając jak inkubator, aby umożliwić szybkie narodziny i śmierć genów, które są niezbędne do zakażenia rośliny. W konsekwencji, te decydujące geny mogą być pozyskiwane i tracone tak szybko, że żywiciele nie są po prostu w stanie dotrzymać kroku" - dodaje współautor Brian Haas z Broad Institute w USA.

    Obecnie wiadomo, że P. infestans, uważany swego czasu za grzyba, jest "pleśnią wodną" i jako taki jest bliżej spokrewniony z pasożytem malarii niż z grzybami. Patogen okrył się niechlubną sławą wywołując klęskę głodu w Irlandii w połowie XIX w., która była przyczyną śmierci ponad miliona osób i masowej emigracji do USA. Niemniej także dzisiaj jest głównym zmartwieniem rolników i stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa globalnych zasobów żywności.

    Rolnicy w Irlandii donoszą, że ten rok był najgorszym jeśli chodzi o zarazę odkąd sięgną pamięcią, podczas gdy ich koledzy z Wlk. Brytanii twierdzą, że byli zmuszeni w ostatnich latach zwiększyć opryski o 30%. Holenderskie uprawy ziemniaka są poddawane większej liczbie zabiegów środkami grzybobójczymi niż jakiekolwiek inne uprawy. Po drugiej stronie Atlantyku, amerykańscy hodowcy ziemniaków i pomidorów również odczuwają skutki poważnego i kosztownego problemu zarazy ziemniaczanej.

    "Ten patogen ma wyjątkowe zdolności do adaptacji i zmiany, i to właśnie sprawia, że jest tak niebezpieczny" - stwierdza dr Chad Nusbaum z Broad Institute. "Teraz dysponujemy pełnym oglądem jego genomu, który ukazał nadzwyczajne właściwości, leżące u podstaw jego niezwykłej łatwości adaptacyjnej. Na szczęście, ta wiedza może sprzyjać nowym metodologiom w zakresie diagnostyki i reagowania na epidemie."

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    Nature:
    http://www.nature.com/nature

    Laboratorium Sainsbury:
    http://www.tsl.ac.uk

    Uniwersytet w Wageningen i Ośrodek Badawczy:
    http://www.wur.nl

    Uniwersytet Stanowy w Oregonie:
    http://www.oregonstate.edu

    Źródło danych: Nature; Laboratorium Sainsbury; Uniwersytet w Wageningen i Ośrodek Badawczy; Uniwersytet Stanowy w Oregonie
    Referencje dokumentu: Haas B.J., et al. (2009) Genome sequence and analysis of the Irish potato famine pathogen Phyophthora infestans. Nature (w druku). Publikacja internetowa z dnia 9 września. DOI: 10.1038/nature08358.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Zaraza ziemniaka (fitoftoroza) – choroba ziemniaka wywoływana przez organizm grzybopodobny Phytophthora infestans z gromady Oomycota. Organizm ten niszczy części nadziemne roślin oraz bulwy, zarówno w czasie wegetacji jak i po zbiorze. Poraża początkowo stolony, które gniją, następnie przenosi się na bulwy, wywołując ich psucie się i spadek plonów także w fazie przechowywania. Patogen wytwarza jednokomórkowe zarodniki (sporangia), przenoszone przez wiatr na inne rośliny. W mokre lata, kiedy gleba jest nasiąknięta wodą, masowo wytwarza także pływki (zoospory), które szybko infekują nowe rośliny. Genomika – dziedzina biologii molekularnej i biologii teoretycznej (pokrewna genetyce i ściśle związana z bioinformatyką) zajmująca się analizą genomu organizmów. Głównym celem genomiki jest poznanie sekwencji materiału genetycznego oraz mapowanie genomu ale również określenie wszelkich zależności i interakcji wewnątrz genomu. Mutacja cicha – mutacja sekwencji nukleotydowych, która nie ma wpływu na funkcjonowanie genomu. Są to mutacje w pozagenowym DNA, w niekodujących fragmentach genów i mutacje synonimiczne. Ok. 95,5% ludzkiego genomu może ulec mutacji bez znaczących zmian.

    Transkryptom jest to zestaw cząsteczek mRNA lub ogólniej transkryptów obecny w określonym momencie w komórce, grupie komórek lub organizmie. Transkryptom w przeciwieństwie do genomu jest tworem bardzo dynamicznym. Komórki w odpowiedzi na różne czynniki uruchamiają i wyłączają transkrypcję genów, zmieniając w ten sposób swój transkryptom. Często już kilka minut po zadziałaniu jakiegoś czynnika (np. stresu) na komórki można obserwować powstawanie transkryptów genów reakcji na ten czynnik. Rzęsistek pochwowy (łac. Trichomonas vaginalis) – jednokomórkowy przedstawiciel Excavata, pierwotniak z grupy wiciowców, który jest pasożytem bytującym w drogach moczowo-płciowych człowieka. Wywołuje przenoszoną drogą płciową chorobę – rzęsistkowicę. W Science z 12 stycznia 2007 roku zespół naukowców pod kierownictwem Jane M. Carlton doniósł o zsekwencjonowaniu jego genomu, o wielkości ok. 160 mega par zasad, z czego dwie trzecie to sekwencje powtórzeniowe (repetywne), lub transpozonowe – świadczy to o niedawnym rozszerzeniu genomu, związanym z przystosowaniem do pasożytniczego trybu życia, a wynikłym z poziomego transferu genu od bakterii i późniejszym amplifikacjom odpowiednich rodzin genowych. Uzyskana sekwencja genomu przewiduje również nowe, nieznane funkcje hydrogenosomu, co jest zgodne z mitochondrialną teorią jego pochodzenia.

    Farmakogenomika - dział nauki z pogranicza farmakologii i genetyki zajmujący się badaniem wpływu całego genomu danej osoby (polimorfizm genów) na odpowiedź na farmakoterapię, a także na badaniu genomu w celu wykrycia nowych potencjalnych punktów uchwytu dla leków. Mapa genowa to liniowa lub niekiedy kołowa prezentacja ułożenia genów. W zależności od organizacji genomu rozróżniamy:

    Retrowirusy endogenne – są to retrowirusy, które przed milionami lat zainfekowały pierwotne komórki rozrodcze człowieka i innych kręgowców. Dzięki odwrotnej transkryptazie, w postaci DNA włączyły się na stałe do materiału genetycznego organizmu zainfekowanego. Przez miliony lat na skutek licznych mutacji oraz kolejnych infekcji doszło do zwielokrotnienia genomu wirusów, przez co stanowi obecnie znaczną część genomu człowieka jak i innych kręgowców, lecz większość z nich jest uszkodzona i zupełnie nieaktywna. Chromisty (Chromista), grzybopływki – grupa eukariotycznych organizmów w większości o prostej, zwykle jednokomórkowej budowie, choć występują wśród nich również organizmy tkankowe. Chromisty w większości przypadków odżywiają się na drodze fotosyntezy. Posiadają chloroplasty z chlorofilem c i z własnym retikulum endoplazmatycznym, otoczone trzema błonami plazmatycznymi, wici różnej długości. Nie składują energii w formie skrobi. Chromisty mają duże znaczenie w ekosystemach, zwłaszcza wodnych, gdzie wchodzą w skład fitoplanktonu i fitobentosu oraz w gospodarce. Są wśród nich patogeny roślin, np. powodujący zarazę ziemniaka Phytophthora infestans. Kopalne chromisty utworzyły złoża krzemu i węglanu wapnia.

    Projekt poznania ludzkiego genomu (en. Human Genome Project, HUGO Project) był to program naukowy mający na celu poznanie sekwencji wszystkich komplementarnych par zasad tworzących ludzki genom, zawierający 3.3 Gbp, ok. 30 tys. genów.

    Projekt poznania ludzkiego genomu (en. Human Genome Project, HUGO Project) był to program naukowy mający na celu poznanie sekwencji wszystkich komplementarnych par zasad tworzących ludzki genom, zawierający 3.3 Gbp, ok. 30 tys. genów.

    Geny kodujące białka mechanizmów naprawy DNA człowieka: DNA komórki jest stale narażone na czynniki uszkadzające. Sprawnie działające mechanizmy naprawy DNA funkcjonują w komórkach organizmów zarówno prokariotycznych jak i eukariotycznych. Badania genomu ludzkiego pozwoliły zidentyfikować szereg genów kodujących białka biorące udział w różnorodnych mechanizmach naprawy DNA. Poznano dotąd ponad 130 genów o takiej, udowodnionej lub prawdopodobnej, funkcji. Nowe geny naprawy DNA są ciągle odkrywane dzięki badaniom porównawczym sekwencji genów człowieka i homologów tych genów u organizmów modelowych, takich jak E. coli i S. cerevisiae. Badania te mają znaczenie dla medycyny, ponieważ do tej pory zidentyfikowano już kilkanaście chorób, w których patogenezie mają udział niesprawne mechanizmy naprawy DNA. Wielki głód (ang. Great Hunger, Great Famine, irl. An Gorta Mór lub An Drochshaol) – miał miejsce w Irlandii w latach 1845-1849. Głód został spowodowany przez szczep grzyba Phytophthora infestans, który gwałtownie rozprzestrzeniał się w Europie w połowie XIX wieku i spowodował masowe straty w uprawach ziemniaków. Populacja Irlandii zmniejszyła się wówczas o 20%, doszło również do wielkiej fali emigracji - Irlandię opuściły 2 000 000 osób.

    Projekt poznania ludzkiego cognomu (ang. Human Cognome Project) – zespół projektów badawczych mających na celu rozszyfrowanie działania ludzkiego mózgu. Nazwa cognom bierze się od łacińskiego cogito (myślę) i nawiązuje do nazwy genom. Cognom oznacza zespół cech określających sposób myślenia człowieka. Podstawowym założeniem projektu jest próba zrozumienia mózgu ludzkiego jako bardzo skomplikowanej maszyny. Naukowcy chcą odszyfrować sposób działania naszego umysłu podobnie, jak to się udało w Projekcie poznania ludzkiego genomu.

    Dodano: 11.09.2009. 15:11  


    Najnowsze