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As viagens rodoviárias resultam no primeiro gene assassino encontrado em uma população selvagem

Traduzido de Science Daily

Por anos, Elizabeth (Toby) Kellogg, PhD, bolsista e Pesquisadora Distinta de Robert E. King e outros pesquisadores do Centro Donald Danforth para Ciências de Plantas (Danforth Center) dirigiram para cima e para baixo nas rodovias dos Estados Unidos continentais, ocasionalmente parando no lado da estrada para coletar pequenas plantas daninhas e trazê-las de volta ao laboratório. A erva daninha era o painço verde (Setaria viridis), um pequeno modelo de grama com um ciclo de vida curto que usa um processo de fixação de carbono conhecido como via C4, que ajuda especialmente as plantas a prosperar em ambientes quentes e áridos. O milho e a cana-de-açúcar estão entre as culturas C4 de alto rendimento, assim como as matérias-primas candidatas para os biocombustíveis Miscanthus e switchgrass.

Inúmeras viagens por estrada e centenas de plantas resultaram em um artigo, “Um recurso genômico para o milheto verde Setaria viridis permite a descoberta de loci agronomicamente valiosos”, na Nature Biotechnology. Kellogg e colegas, juntamente com pesquisadores do Hudson Alpha Institute for Biotechnology e do Joint Genome Institute (JGI) do Departamento de Energia dos EUA (DOE), uma instalação de usuário do DOE Office of Science localizada no Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), gerou sequências de genoma para cerca de 600 plantas de milheto e publicou uma sequência de genoma de S. viridis de referência de alta qualidade. A análise dessas sequências do genoma da planta também levou os pesquisadores a identificar pela primeira vez um gene relacionado à dispersão de sementes em populações selvagens.

“Até onde sabemos, ninguém jamais descobriu um gene de dispersão dessa forma”, disse Kellogg, principal autor do artigo. “Este artigo é o primeiro a olhar para uma grande diversidade natural e dizer, ‘Sim, existem genes que afetam este fenótipo.’

Resultados de uma “enorme quantidade” de sequenciamento

A dispersão de sementes é essencial para as plantas na natureza, mas é uma característica indesejável para culturas domesticadas porque leva à redução do rendimento das culturas. Há milhares de anos, os agricultores selecionam plantas cerealíferas sem essa característica devastadora, referindo-se ao momento em que o cacho de sementes na ponta de cada galho se quebra para que as sementes se espalhem, para que as sementes fiquem no topo. da planta a ser colhida.

O mapeamento da associação levou a equipe a identificar um gene chamado Less Shattering 1 (SvLes1); Estudos de edição de genes conduzidos pelo co-autor Pu Huang confirmaram que ele estava envolvido na destruição ao desligá-la. “É uma nova variante de um gene assassino identificado em uma população natural. Muitos desses genes assassinos não foram descobertos que permitem que uma planta alcance a semente, mas evita que as sementes caiam”, disse o diretor do Programa de Plantas JGI. , Jeremy Schmutz, que também é pesquisador do corpo docente HudsonAlpha. “Este poderia ser outro mecanismo para impedir a destruição e domesticar as safras.” A forma como a destruição ocorre varia amplamente entre as safras, acrescentou Kellogg, e a destruição de genes pode ser específica para cada espécie ou grupos de espécies.

Dados do genoma também revelaram que o milheto verde foi introduzido nos Estados Unidos várias vezes da Eurásia. A equipe também identificou um gene associado ao ângulo da folha, que determina a quantidade de luz solar que as folhas podem receber e, por sua vez, serve como um preditor de produtividade. O gene é um ortólogo de genes conhecidos. “O gene agora foi mapeado no milho como estando envolvido no ângulo da folha”, observou Schmutz. “É um bom exemplo de descoberta de novo e mapeamento para identificar genes candidatos.”

Por meio do Programa de Ciência da Comunidade da JGI, foram geradas sequências de várias centenas de genomas de plantas de milheto, embora as análises finais tenham se concentrado em 598 indivíduos. Schmutz e sua equipe coletaram e anotaram os genomas no HudsonAlpha. Sujan Mamidi e Adam Healey, dois dos co-autores, conduziram as análises dos dados e montaram o “pangenome” de milheto verde (um conjunto de 51.000 genes que representam todos os genes presentes em uma determinada espécie).

“Este é um grande exemplo de desenvolvimento de uma infraestrutura genômica em grande escala com um sistema razoavelmente acessível”, disse Schmutz. “Construir o pangenome e os acessos nos permite ver facilmente a variação de presença / ausência e encontrar genes ausentes em acessos específicos e confirmar fenótipos, que validam características.”

“O número de linhas sequenciadas não é trivial e todas foram montadas de novo, o que permitiu à equipe observar a presença / ausência de genes completos”, concordou Kellogg. “Obter essa informação é difícil. Há uma boa razão para ninguém ter feito isso; é uma tonelada de trabalho. Eu não teria feito isso sem a contribuição do grupo de Jeremy. É apenas uma enorme quantidade de sequenciamento”.

Um recurso para muitos aplicativos

Kellogg observou que as safras C4 têm recebido muito interesse porque são altamente produtivas mesmo em altas temperaturas, enquanto as safras C3 se tornaram menos eficientes na fotossíntese, uma preocupação à medida que eventos climáticos extremos se tornam mais frequentes. “Uma grande parte da missão do Danforth Center é alimentar os famintos e melhorar a saúde humana. Portanto, há uma questão importante: como transformar uma cultura C3 em uma cultura C4. Deveria haver um regulador mestre, mas ninguém o encontrou.” . Kellogg refletiu. “[The S. viridis genome] é um recurso para muitas aplicações diferentes. Tem sido maravilhoso colaborar com o grupo JGI, e este [project] não teria sido possível sem a sua participação; é algo que nem teríamos começado. “

Pesquisadores do Centro RIKEN para Ciência de Recursos Sustentáveis ​​(Japão) e da Academia Chinesa de Ciências Agrárias (China) também participaram deste trabalho.



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