• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Polacy zsekwencjonowali genom ogórka i dowiedli, jak rośliny reagują na stres

    06.09.2011. 00:19
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Zespół prof. Zbigniewa Przybeckiego ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego Warszawie zsekwencjonował genom ogórka północnoeuropejskiego. Uzyskał też niezwykle istotne wyniki dotyczące mechanizmów przystosowawczych u roślin. W badaniach zespół wykazał istnienie różnic genetycznych, które mają znaczenie dla przystosowania się roślin do różnych warunków klimatycznych Europy Północnej i Chin. We współpracy z zespołem prof. Stanisława Karpińskiego, uzyskano też nowe informacje dotyczące istnienia nieznanych dotąd mechanizmów przystosowania się roślin do zmieniających się warunków.

     


    Prof. Przybecki wyjaśnił, że jest to pierwszy tak skomplikowany genom zsekwencjonowany przez zespół składający się w większości z Polaków. Prawdopodobnie jest to też jedyny genom jądrowy organizmu wyższego zsekwencjonowany od początku przez tak mały, bo jedynie 20-osobowy zespół.

    Oprócz uczonych z Katedry Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin z Wydziału Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu SGGW, w skład zespołu badawczego weszli również naukowcy ze Stanów Zjednoczonych (2 osoby) i Japonii (3 osoby). Wyniki ich prac opublikowano pod koniec lipca w prestiżowym periodyku naukowym "PLoS ONE".

    Jak w rozmowie z PAP wyjaśnił prof. Przybecki, zsekwencjonowany genom jądrowy europejskiego ogórka, porównano z, zsekwencjonowanym przez naukowców z Chin, genomem ogórka chińskiego. Okazało się, że między DNA obu roślin zachodzi wiele różnic w składzie genów biorących udział w procesach o znaczeniu przystosowawczym takich jak: fotosynteza, metabolizm cukrów, oddychanie, regulacja ekspresji genów, degradacja chlorofilu, wiązanie jonów amonowych, odporność na stres oksydacyjny czy odporność na wysoką temperaturę.

    Jak wytłumaczył genetyk, różnice te wynikają z innych cech klimatu, w których hodowane były ogórki. Klimat umiarkowany Europy Północnej w porównaniu z klimatem subtropikalnym południowo-wschodnich Chin jest chłodniejszy, promieniowanie słoneczne jest tu mniej intensywne, ale obserwujemy stałą, wyższą emisję dwutlenku węgla (od początków ery industrialnej do lat 80. XX wieku), co u roślin wiąże się ze zmniejszoną zdolnością przyswajania przez rośliny jonów azotanowych. Z kolei w klimacie płd-wsch Chin występuje wysoka sezonowa intensywność promieniowania słonecznego w tym UV-B oraz wysoka temperatura, dlatego tamtejszy ogórek musi cechować się wyższą odpornością na stres oksydacyjny i termiczny.

    W badaniach skupiono się na promotorach genów. Promotor to część genu, która reguluje jego pracę i pozwala na "włączanie" czy też "wyłączanie" uśpionych funkcji genu. Naukowcy porównali wszystkie promotory genów ogórka z Europy, chińskiego oraz innych gatunków roślin: topoli, rzodkiewnika i ryżu.

    Okazało się, że procesy adaptacyjne mogą odbywać się poprzez zmianę w promotorach genów pewnych krótkich sekwencji określanych jako elementy CRE. Elementy te, lub ich zestawy, w odpowiedzi na bodziec (np. niską temperaturę, lub zawartość etylenu), powodują zmianę "stanu" genu, np. uaktywniają go lub blokują jego działanie. Tak, więc "manipulacje" w zestawach elementów CRE w promotorach będą decydowały o sposobie działania genów w zależności od bodźca.

    Mechanizm ten reorganizuje sieci metaboliczne i prowadzi do zmian przystosowawczych. Dzięki temu roślina może "szybko" adaptować się do nowych warunków środowiskowych bez utraty funkcjonalności poszczególnych genów (tzn. bez zmian mutacyjnych prowadzących do zmian właściwości białka). Dzięki dużej zmienności promotorów mogą powstawać np. nowe odmiany, które przystosowują się do nowych nisz ekologicznych.

    Uzyskanie wyników dotyczących zmian adaptacyjnych u roślin nie byłoby jednak możliwe, gdyby zsekwencjonowany nie został wcześniej genom polskiego ogórka.

    Jak powiedział badacz, sekwencjonowanie genomu ogórka było trochę walką z czasem, bo nad tym samym pracował jednocześnie zespół z Chin i chodziło o to, żeby za bardzo nie zostać z tyłu. Prof. Przybecki wyjaśnił, że jego zespół prace nad poznaniem genomu rośliny rozpoczął 1,5 roku po Chińczykach. Zespół reprezentowany przez SGGW w badaniach wykorzystał jednak niedostępne wcześniej, szybsze i dużo tańsze metody sekwencjonowania DNA, była więc szansa, że wyprzedzi Azjatów.

    Choć zespołowi prof. Przybeckiego udało się jako pierwszemu (21.09.2009 r.) umieścić zsekwencjonowany genom ogórka w GeneBanku - ogólnoświatowej bazie zskekwencjonowanych już genów - to Chińczycy jako pierwsi przygotowali publikację na temat swoich badań.

    "Można jednak powiedzieć, że nie ma tego złego, bo gdyby nie to opóźnienie nie moglibyśmy zrobić tych wszystkich analiz porównawczych, które dostarczyły tyle ciekawych wyników" - zaznaczył Przybecki.

    Jak wyjaśnił rozmówca PAP, w komórce ogórka znajduje się kilka genomów: genom jądrowy, mitochondrialny i chloroplastowy. W swoich badaniach zarówno zespół Zbigniewa Przybeckiego, jak i badaczy z Chin skupił się na największym i najważniejszym z nich - genomie jądrowym, którego wielkość wynosi 367 milionów par nukleotydów. W jego skład wchodzi ok. 29,9 tys. genów (człowiek ma ok. 35 tys. genów).

    Genom ogórka już wcześniej badany był na SGGW. W 2007 r. dr hab. Wojciech Pląder (który współpracuje z zespołem Przybeckiego), zsekwencjonował genom chloroplastowy ogórka. Genom ten liczy 155 tys. nukleotydów, a więc jest ponad 2 tys. razy mniejszy niż genom jądrowy tej rośliny.

    PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

    bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Geny R, geny odporności – grupa genów obecnych w genomie roślin odpowiedzialnych za przekazywanie dziedzicznej odporności na patogeny. Każdy z genów R zapewnia roślinom całkowitą odporność na konkretny patotyp patogenu. Produkt genu R wchodzi w reakcję pośrednią lub bezpośrednią z produktem genu awirulencji (gen avr) obecnego w genomie organizmu atakującego rośliny. Ten mechanizm obronny określany jest jako odporność "gen na gen". Efektem reakcji między produktem genu R a produktem genu avr jest reakcja nadwrażliwości, obumarcie zainfekowanego fragmentu tkanek i uniemożliwienie patogenowi dalszego rozprzestrzeniania. 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. Mapa genowa to liniowa lub niekiedy kołowa prezentacja ułożenia genów. W zależności od organizacji genomu rozróżniamy:

    miRNA (mikroRNA) – jednoniciowe cząsteczki RNA o długości ok. 21-23 nukleotydów, regulujące ekspresję innych genów. miRNA kodowane są przez genom komórki, jak normalne geny, i transkrybowane przez RNA polimerazę II, tak samo, jak mRNA. Prekursorem są niewielkie RNA, o strukturze spinki do włosów, które ulegają obróbce podobnie do siRNA. Wchodzą w skład kompleksów rybonukleoproteinowych blokujących specyficznie translację mRNA i nadają im specyficzność. W odróżnieniu od siRNA, miRNA nie posiadają 100%-owej identyczności sekwencji do docelowego mRNA. miRNA są zaangażowane w negatywną regulację ekspresji genów podczas rozwoju; ocenia sie, ze biorą udział w regulacji 30% ludzkich genów. Są mediatorami mechanizmu interferencji z translacją mRNA (RNAi). 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. Autoalloploidy − to rodzaj alloploidów, u których dodatkowo nastąpiło powielenie niektórych genomów. Można je zapisać jako AAAABB, gdzie genom A jest reprezentowany czterokrotnie, a genom B − dwukrotnie. Ten typ poliploidów jest bardzo rzadki. Do autoallopoliploidów można zaliczyć: tymotkę (Phleum pratense) oraz truskawkę (Fragaria chiloensis L.)

    Genotyp (gr. γένος - ród, pochodzenie + τύπος - odbicie) – zespół genów danego osobnika warunkujących jego właściwości dziedziczne. Jest to sparowany układ alleli (często myli się go z genomem, czyli składem genetycznym podstawowego (monoploidalnego) zestawu chromosomów). Można go wyrazić symbolicznie za pomocą oznaczeń aa, AA lub Aa, gdzie aa i AA oznaczają homozygotę pod względem tego genu, a Aa oznacza heterozygotę. Marker genetyczny – charakterystyczna właściwość organizmu wykorzystywana do określenia jego genotypu. Zwykle jest to obecność lub brak jakiegoś genu lub białka, albo występowanie jakiejś szczególnej jego postaci. Markery genetyczne znajdują też zastosowanie do identyfikowania osób lub osobników zwierząt czy roślin, identyfikowania gatunków i szczepów drobnoustrojów oraz do określania wzajemnego położenia poszczególnych genów w genomie jakiegoś organizmu (mapowania genomu).

    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.

    Nadrodzina immunoglobulin (synonim: białka immunoglobulinopodobne, ang. immunoglobulin superfamily, IgSF) – grupa białek wyodrębniona na podstawie istnienia w ich strukturze tzw. splotu immunoglobulinowego. Większość członków tej rodziny to białka o masie cząsteczkowej 70-100 kDa. Nadrodzina immunoglobulin jest uznawana za największą grupę białek o podobnej budowie. Na podstawie analizy genomu człowieka zidentyfikowano 756 genów, których produkty białkowe zawierają domenę immunoglobulinową . Białka immunoglobulinopodobne spotykane są również u bakterii, a ich analiza wskazuje, że pochodzą one od genów eukariotycznych i zostały nabyte w trakcie ewolucji na drodze poziomego transferu genów .

    Jądro komórkowe, nukleus - otoczone błoną organellum obecne we wszystkich komórkach eukariotycznych, z wyjątkiem tych, które wtórnie je utraciły w trakcie różnicowania, np. dojrzałe erytrocyty ssaków. Zawiera większość materiału genetycznego komórki, zorganizowanego w postaci wielu pojedynczych, długich nici DNA związanych z dużą ilością białek, głównie histonowych, które razem tworzą chromosomy. Geny zlokalizowane w chromosomach stanowią genom komórki. Funkcją jądra komórkowego jest przechowywanie i powielanie informacji genetycznej oraz kontrolowanie czynności komórki, poprzez regulowanie ekspresji genów. Główne struktury, które obecne są w budowie jądra komórkowego to błona jądrowa, podwójna membrana otaczająca całe organellum i oddzielająca je od cytoplazmy oraz blaszka jądrowa, sieć delikatnych włókienek białkowych utworzonych przez laminy, stanowiących rusztowanie dla jądra i nadających mu wytrzymałość mechaniczną. Błona jądrowa jest nieprzepuszczalna dla większości cząsteczek, dlatego obecne są w niej pory jądrowe. Są to kanały przechodzące przez obie błony, umożliwiające transport jonów i innych cząstek. Transport większych cząstek, takich jak białka, jest ściśle kontrolowany i zachodzi na zasadzie transportu aktywnego, kontrolowanego przez białka transportowe. Transport jądrowy jest kluczowy dla funkcjonowania komórki, ponieważ przemieszczanie cząstek poprzez błonę jądrową wymagane jest zarówno przy zarządzaniu ekspresją genów oraz utrzymywaniu chromosomów. 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.

    Biblioteka genomowa (też: bank genów, bank genomowy) – to kolekcja klonów (zazwyczaj bakterii), która jako całość zawiera co najmniej jedną kopię każdej sekwencji DNA obecnej w genomie organizmu, którego bibliotekę genomową utworzono. 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.

    Dodano: 06.09.2011. 00:19  


    Najnowsze