Chromosoomonevenwichtigheden leiden tot voorspelbare plantdefecten

Chromosoomonevenwichtigheden leiden tot voorspelbare plantdefecten

Anonim

door Purdue University

Image

Fysieke defecten in planten kunnen worden voorspeld op basis van chromosoomonevenwichtigheden, een bevinding die licht kan werpen op hoe de toevoeging of verwijdering van genen en de organisatie van het genoom organismen beïnvloedt, volgens een studie met een Purdue University-onderzoeker.

De bevindingen identificeren gemakkelijk te meten kenmerken die variëren met onevenwichtigheden van specifieke chromosomen, zei Brian Dilkes, een Purdue assistent professor in de tuinbouw. Begrijpen waarom en hoe die onevenwichtigheden leiden tot bepaalde kenmerken, kan de deur openen voor het corrigeren van die defecten bij niet alleen planten, maar ook bij dieren en mensen.

Een klassiek voorbeeld bij mensen is het syndroom van Down, dat wordt veroorzaakt door een extra kopie van chromosoom 21.

"Het vermogen van een organisme om al zijn genen te repliceren en door te geven is ongelooflijk belangrijk, " zei Dilkes. "Wat we hebben gevonden, is dat genen gevoelig zijn voor hun dosis ten opzichte van de rest van het genoom. Wanneer dat evenwicht wordt verstoord, falen de organismen."

In planten kan een onbalans in chromosoomaantal defecten in stengels, bladeren, bloemen en andere fysieke kenmerken veroorzaken. Inzicht in hoe die onevenwichtigheden veranderingen veroorzaken, zou wetenschappers in staat kunnen stellen om planteigenschappen te manipuleren om biomassa voor brandstoffen of andere doeleinden te vergroten.

"Door de regels te leren, kunnen we de uitkomst voorspellen van het toevoegen of verwijderen van een gen uit een organisme, " zei Dilkes. "We zien voorspelbare fysieke gevolgen voor variatie in chromosoomdoseringen. Dit probleem is traceerbaar."

Dilkes, een co-auteur van de bevindingen die zijn gepubliceerd in de vroege online versie van het tijdschrift Genetics , maakte deel uit van een team als projectwetenschapper aan de Universiteit van Californië-Davis Genome Center dat chromosoomdosering bestudeerde in de onderzoeksplant Arabidopsis thaliana. Het team gebruikte in de natuur voorkomende en in het laboratorium gecreëerde planten met meerdere kopieën van elk chromosoom, polyploïden genaamd, en kruiste ze vervolgens om aneuploïden te maken, of planten met een onregelmatig aantal chromosomen.

De aneuploïden, die een overmaat of een tekort aan een chromosoom hadden, werden getest om te zien welke chromosomen deficiënt of overmatig waren. Die planten werden vervolgens gefenotypeerd en legden hun fysieke kenmerken vast. De fenotypes en chromosoomonevenwichtigheden werden vergeleken en het werd duidelijk dat min of meer van bepaalde chromosomen overeenkwamen met specifieke fenotypische kenmerken.

Planten met een overmaat chromosoom 1 en een tekort aan chromosoom 3 hadden bijvoorbeeld een grotere stengeldiameter. Om de bevinding te testen, werden planten gecreëerd die zowel een overmaat aan chromosoom 1 hadden als een tekort aan chromosoom 3, en de stenderdiameter groeide zoals voorspeld.

In een verrassende wending ontdekte het team dat chromosomale onbalans resulteerde in abnormale eigenschappen uitgedrukt in zijn nakomelingen. Planten met een normaal aantal chromosomen die afstammen van planten met chromosoomonevenwichtigheden hadden normaal moeten zijn, maar nog steeds abnormale kenmerken vertonen.

"Iets aan die chromosomen is anders, " zei Dilkes. "We hebben geen idee wat dat iets is, maar het suggereert dat er multigenerationele gevolgen zijn voor veranderingen in de dosering van chromosomen. De DNA-volgorde zegt dat deze planten volkomen normaal zouden moeten zijn, maar dat zijn ze niet."

Dilkes zei dat toekomstig onderzoek zich zou richten op chromosoomonevenwichtigheden in gewassen zoals maïs en proberen te begrijpen hoe de overmaat of het tekort van een gen tot een bepaald fenotypisch kenmerk leidt.