Forskare identifierar gener som potentiellt är ansvariga för sockerrörs motståndskraft mot skadedjur, kyla och torka. Kredit:Luciana Rossini/IAC, Sugarcane Center, Ribeirão Preto
En studie utförd vid State University of Campinas (UNICAMP) i Brasilien har identifierat föräldralösa gener i vilda sockerrör (Saccharum spontaneum), en art med exceptionell resistens mot biotiska påfrestningar som nematoder, svampar, bakterier och andra skadedjur och sjukdomar samt abiotiska påfrestningar såsom kyla, torka, salthalt och näringsbrist jord.
Enligt en artikel om studien publicerad i tidskriften Frontiers in Plant Science , hade de ansvariga forskarna gett sig ut för att se om de föräldralösa generna i S. spontaneum spelade en betydande roll i dess stressresistensegenskaper.
Alla levande varelser har gener som nära liknar de från andra organismers genom. Växter, till exempel, delar generna som är involverade i fotosyntesen. Å andra sidan har de flesta organismer också föräldralösa eller härstamningsspecifika gener.
Föräldralösa gener finns i en viss taxonomisk grupp utan någon signifikant sekvenslikhet med gener från andra linjer. De kallas ibland taxonomiskt begränsade gener av denna anledning.
Fåglar har till exempel några gener som skiljer sig mycket från däggdjurens. Ny forskning har visat att även organismer i närbesläktade arter som tillhör samma släkte kan ha gener som inte delas av andra arter.
Forskarna var intresserade av S. spontaneum på grund av egenskaper som tidigare helgenomdupliceringshändelser som resulterade i flera kopior av samma gen. Vetenskapliga bevis tyder på att föräldralösa gener kan ha sitt ursprung i kopior av redan existerande gener vars sekvenser förändras över tiden på grund av mutationer och till slut skiljer sig helt från de ursprungliga sekvenserna.
En annan möjlig förklaring till ursprunget till föräldralösa gener skulle kunna vara omorganisation av genomiska regioner som inte kodar gener, som ofta ses i organismer med komplexa genom, såsom sockerrör.
"I studien identifierade vi delar av genomet hos S. spontaneum som inte har några likheter med gener i någon annan organism. Vi tror att de kan vara ansvariga för fysiologiska egenskaper eller egenskaper som är speciella för arten", säger Cláudio Benício Cardoso-Silva, artikelns första författare. Han genomförde projektet som postdoktor vid UNICAMPs Center for Molecular Biology and Genetic Engineering (CBMEG).
"När dessa växter utvecklades, uttrycktes vissa gener i större eller mindre utsträckning som svar på olika typer av abiotisk stress, särskilt kyla. Detta kan innebära att de regleras som ett resultat av dessa påfrestningar", säger Cardoso-Silva, vars postdoktorala forskningen leddes av Anete Pereira de Souza, professor i växtgenetik vid UNICAMPs Institute of Biology och sista författare till artikeln.
Forskarna tror inte att de kategoriskt kan dra slutsatsen att de föräldralösa generna de identifierade gör växten mer stresstolerant baserat på resultaten av studien. "Men det faktum att de är reglerade under stressförhållanden fungerar som en varning för möjligheten att de kan spela en viktig roll i dessa processer", sa han.
Nästa steg blir att experimentera på växter som utsätts för olika typer av stress för att undersöka hur föräldralösa gener beter sig uttrycksmässigt jämfört med icke-stressade växter. När de bästa kandidatgenerna har bekräftats kan biotekniska tillämpningar som involverar deras införande i kommersiellt värdefulla växter studeras, vilket i framtiden leder till möjligheten att utveckla sockerrörssorter som är mer resistenta mot miljöpåverkan.
"Vi riktade strålkastarljuset på denna möjlighet för alla som vill använda data i artikeln för att fortsätta forskningen, eller för forskare som arbetar med gentransformation och redigering, vilket är ett annat forskningsfält, att välja en eller två gener som kandidater och gör valideringen", säger Cardoso-Silva, som fortsätter att arbeta med genomik vid State University of Northern Rio de Janeiro (UENF). "Min nuvarande forskning fokuserar på den evolutionära aspekten av genfamiljens expansion," förklarade han.
"Idag har vi CRISPR [genredigeringstekniken], som erbjuder biotekniker en chans att välja gener för tolerans mot torka, salthalt, kyla eller värme i en tid då grödans motståndskraft med färre insatser är av största vikt," sa Souza. + Utforska vidare
