Ősi eredeteket találtak az Arabidopsis genomban

Ősi eredeteket találtak az Arabidopsis genomban
Ősi eredeteket találtak az Arabidopsis genomban
Anonim

ITHACA, N.Y. – A mustárcsalád gazos, ehetetlen tagja, a brokkolihoz és a karfiolhoz rokon, az első olyan növény, amely átadja ősi eredetének titkait. A Cornell Egyetemen végzett számítási kutatás során az Arabidopsis thaliana növényről kimutatták, hogy genetikai bizonyítékot tartalmaz 50-200 millió évvel ezelőtti megjelenésére.

A Cornell-kutatók szerint a felfedezés felbecsülhetetlen értékű lesz azok számára, akik az Arabidopsist más növényfajok genetikai modelljeként használják, és felszabadítják a mezőgazdasági növények, például a kukorica, a paradicsom és a búza fontos tulajdonságainak génjeit.

A kutatók a Science folyóirat 2000. december 15-i számában számolnak be felfedezésükről.

Egy évtizeddel ezelőtt az Arabidopsist széles körben alkalmazták a növénykutatók, mint más növények könnyen manipulálható modelljét, mivel egyszerűen laboratóriumban termeszthető, rövid életciklusa van, és kicsi a genomja – csak körülbelül 140 millió bázis. DNS-párok a búzához képest, amelyekben akár 16 milliárd pár is lehet. Idén elkészült a növény teljes DNS-szekvenciája, és a kutatók először tudták megérteni annak a 25 000 génnek a szekvenciáját, amelyek szükségesek ahhoz, hogy egy szervezet virágos növényként működjön. Ennek a genomszekvenciának a felhasználásával – amely nyilvánosan elérhető az interneten – a Cornell-kutatók számítógépek segítségével válogatták a növény DNS-ét, és megtalálták annak genetikai gyökereit.

„Egy növény teljes genomját kivehetjük, és visszatekinthetünk rá” – mondja Steven D. Tanksley, a Liberty Hyde Bailey Cornell növénynemesítési professzora és a cikk szerzője."Visszamegyünk a genetikai időbe, és láthatjuk, hogyan nézett ki az ősi genom. Ha megértjük, mi az ősi géntartalom egy növényben, akkor ezt felhasználhatjuk más növények géntartalmának megismerésére." Tanksley és a kutató, Todd Vision, a Cornell vendégtudósa elmagyarázta, hogy sok növényi genom esetében sok üres anyag van a fehérjék között. Tanksley azt javasolta, hogy a genom megértése olyan, mintha autópályán vezetnénk. A keleti parton nem kell messzire autózni, mielőtt egy másik városba ér, míg nyugaton nagy távolságok vannak a városok között. Az analógia lényege, hogy a tudósok rövidebb időn belül általánosabb genetikai információkat tudnak gyűjteni az Arabidopsis-ból. Tanksley azt mondja: "Az Arabidopsis a DNS-szekvenálás keleti partja."

A kutatók a BLAST nevű számítógépes program segítségével osztályozták az Arabidopsis több ezer génjét géncsaládokba. A BLAST (a Basic Local Alignment Search Tool rövidítése) egy szekvencia-hasonlósági program, amelyet a nukleotid- és fehérjeadatbázisok elemzésének támogatására terveztek.A National Center for Biotechnology Information, a National Institutes of He alth része, a Bethesda, Md. A kutatók ezután új algoritmusok segítségével találták meg a kromoszómák nagy darabjait, amelyek már régen megkettőztek.

A megkettőződés során a fajban lévő összes genetikai anyag megduplázódik, létrehozva az úgynevezett poliploidot. A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy az Arabidopsis egy ősi poliploid volt, mivel bizonyítékot tartalmazott többszörös megkettőzésre.

Bár a megkettőződött kromoszómák elváltak egymástól, és az eonok során összezavarodtak, a kutatócsoport 103 megkettőzött kromoszómaszegmenst talált, amelyek életkora 50 millió és 200 millió év között volt. "Kitaláltuk, hol találhatók a géncsalád tagjai, és ezt az információt felhasználtuk az ősi megkettőzött szegmensek megtalálására" - mondja Vision, aki a Cornell-i Mezőgazdasági Bioinformatikai Központ (CAB) molekuláris biológusa. A CAB-ot az U. támogatja.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service, együttműködve a College of Agriculture and Life Sciences és a Cornell Theory Centerrel.

A paleobotanikusok által szerzett kormeghatározási becslések segítségével a csapat meg tudta nézni a megkettőzött génszekvenciákat, és ki tudta következtetni, hogy mikor következett be az Arabidopsis genomduplikációja. A csapat úgy találta, hogy néhány nagy ismétlődési esemény felelős a látott mintáért. "Munkánk teljes mértékben számítástechnika volt, de sok más kutató laboratóriumi munkája is foglalkozott vele korábban" - mondja Vision. Analógiát von a történelem előtti genetikai kapcsolatok megtalálása és a nyelv fejlődése között. A romantikus nyelvek sok szava, például a spanyol, az olasz, a francia és a portugál latinból származik. „Láthatjuk, hogy a modern szavak gyökerei a latinból származnak” – mondja. "A mi esetünkben a gének genetikai gyökereit találjuk meg, mielőtt megkettőződött volna és szétvált volna." A "The Origins of Genomic Duplications in Arabidopsis" című tanulmányt Vision, Tanksley és Daniel G.Brown, a Massachusetts Institute of Technology Whitehead Intézetének munkatársa. Brown részt vett a kutatásban, miközben befejezte doktori fokozatát, amelyet tavaly tavasszal a Cornell Számítástudományi Tanszékén szerzett. A kutatást az USDA Agriculture Research Service finanszírozta, valamint a National Science Foundation és a Office of Naval Research támogatásai.

Kapcsolódó világméretű webhelyek: A következő oldalak további információkkal szolgálnak erről a sajtóközleményről. Előfordulhat, hogy egyesek nem részei a Cornell Egyetem közösségének, és Cornellnek nincs befolyása tartalmuk vagy elérhetőségük felett.

o Az Arabidopsis információs forrása:

o Todd Vision oldal:

o Cornell Thory Center:

o Nemzeti Biotechnológiai Információs Központ (NCBI) BLAST webhely (némileg technikailag):

o USDA-ARS Mezőgazdasági Bioinformatikai Központ Cornellben:

Hogyan segítenek a Cornell számítási erőforrásai az adatbázisokkal szembeni „robbanásban”

A Cornell Elméleti Központnak (CTC) köszönhetően a Cornell Egyetem kutatója, Todd Vision könnyebben végrehajtotta az Arabidopsis genomján végzett hatalmas BLAST-keresést, mint sok más genomikai kutató számára. A központ egy speciális számítástechnikai erőforrást tart fenn a Cornell kampuszon lévő Rhodes Hallban, az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériumának Mezőgazdasági Bioinformatikai Központjával (CAB) együttműködve.

A „genomikai klaszternek” nevezett erőforrás 12 számítógépből áll, amelyek mindegyike négy 500 MHz-es Pentium III processzorból áll, amelyek Windows 2000 operációs rendszert futtatnak. A CTC számára kifejlesztett szoftverrel nyolc gép párhuzamos feldolgozó klaszterként, gyakorlatilag szuperszámítógépként működik.

A fürt elsősorban a BLAST (a Basic Local Alignment Search Tool rövidítése) használatával végzett keresésekhez használatos, egy olyan program, amely gén- és fehérjeadatbázisokban keres mintaegyezéseket, ugyanúgy, ahogy a szövegkereső szavakat és kifejezéseket keres.A BLAST szerverek máshol is elérhetők a világ kutatói közössége számára a világhálós felületeken keresztül, de nem alkalmasak nagy mennyiségű lekérdezés futtatására, mint amilyen a Vision, amelyet az Arabidopsis genetikai történetének nyomon követésére használt.

A BLAST szerver a weben egyetlen lekérdezést fogad, és "robbantja" azt az adatbázisban, magyarázta Vision. "De nekem huszonvalahányezer fehérjét kellett futtatnom. Képzeld el, hogy ott ülök és annyiszor kattintok az egérrel. Ha ezt az Elméleti Központ számítógépein csináltuk, akkor kötegben tudtuk megtenni. Ha mindezt helyi számítógépeken csináljuk, akkor nagyobb sebességet érhet el, rugalmasság és kevesebb gyakorlati feldolgozás."

A Vision az Elméleti Központ számítógépén összeállította az Arabidopsis genomadatbázis egy speciális változatát is, amely minden talált fehérje helyét megmondja a genomban. Elmondása szerint a feldolgozás csak körülbelül fél napot vett igénybe a négyprocesszoros Pentiumok egyikén.

Az erőforrás más számítógépeit adatbázisokhoz használják. Az egyik a Demeter's Genomes néven ismert CAB webhely szervere, amely kiterjedt növényi genom adatbázisokat tesz elérhetővé a kutatói közösség számára.

A genomikai klasztert néhány évvel ezelőtt hozták létre az USDA mintegy 400 000 dolláros finanszírozásával, és éves USDA támogatással tartják fenn. David Schneider, az Elméleti Központ munkatársa, a genomikai klaszter vezető kutatója.

Népszerű téma

Érdekes cikkek
Az őskémiai érzékelő fejlődése, a nocicepció, kiszagolva
Olvass tovább

Az őskémiai érzékelő fejlődése, a nocicepció, kiszagolva

Amikor megfullad a csípős cigarettafüsttől, úgy érzi, mintha felégne egy falat wasabi-csipkés sushitól, vagy sírna, miközben nyers hagymát és fokhagymát vág, válaszát egy eredeti kémiai érzékelő váltja ki mintegy 500 millió éves állatfejlődés – számoltak be a Brandeis Egyetem tudósai a Nature március 18-i tanulmányában.

A gombák gyorsan változhatnak, továbbadhatják a fertőző képességet
Olvass tovább

A gombák gyorsan változhatnak, továbbadhatják a fertőző képességet

A gombák jelentős potenciállal rendelkeznek a „horizontális” génátvitelben, egy új tanulmány kimutatta, hasonlóan azokhoz a mechanizmusokhoz, amelyek lehetővé teszik a baktériumok ilyen gyors fejlődését, rezisztenssé válnak az antibiotikumokkal szemben, és más súlyos problémákat okoznak.

Marine Mr. Mom: A hím csőhalak szülnek, de némelyik döglött apa, a tanulmány szerint
Olvass tovább

Marine Mr. Mom: A hím csőhalak szülnek, de némelyik döglött apa, a tanulmány szerint

A hím csőhalak és csikóhal-unokatestvéreik az egyetlen hím, amely ténylegesen vemhes lesz és megszül, de a pipahalak valószínűleg soha nem nyerik el az Év Atyja díjat – az utódokhoz való hozzáállásuk a teljes szeretettől a teljes elhanyagolásig terjedhet, a Texas A&M Egyetem kutatóinak új eredményei szerint.