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I ricercatori identificano il gene relativo a dispersione del seme in miglio verde

Per anni, Elizabeth (Toby) Kellogg, il PhD, il ricercatore di Robert e del membro E. re Distinguished ed altri ricercatori al centro dell'agronomia di Donald Danforth (centro di Danforth) hanno guidato su e giù le strade principali degli Stati Uniti continentali, tiranti occasionalmente più nel lato della strada per raccogliere i piccoli impianti pieni di erbacce e per portarli di nuovo al laboratorio.

L'erba piena di erbacce era miglio verde (viridis) della setaria, un'erba del piccolo modello con un breve ciclo di vita che usa un trattamento di fissazione del carbonio conosciuto come la via C4, che aiuta specialmente gli impianti a prosperare negli ambienti caldi e aridi. Il mais e la canna da zucchero sono fra gli alti ventrigli principali del rendimento C4, come sono i materiali di base Miscanthus del combustibile biologico del candidato e gli switchgrass.

I viaggi stradali e le centinaia innumerevoli di impianti hanno provocato un documento, “una risorsa del genoma per i viridis verdi della setaria del miglio permette alla scoperta dei luoghi agronomicamente apprezzati,„ in biotecnologia della natura.

Kellogg ed i suoi colleghi, con i ricercatori all'istituto di HudsonAlpha per biotecnologia ed al Dipartimento per l'energia di Stati Uniti il Joint Genome Institute (DOE) (JGI), un ufficio della DAINA della funzione dell'utente di scienza situata al laboratorio nazionale di Lawrence Berkeley (laboratorio di Berkeley), alle sequenze generate del genoma per quasi 600 impianti di miglio verdi e rilasciata molto una sequenza del genoma di viridis di riferimento S. di alta qualità. L'analisi di questi pianta i ricercatori anche piombo di sequenze del genoma per identificare un gene relativo per la prima volta a dispersione del seme in popolazioni selvagge.

A nostra conoscenza, nessuno ha scoperto mai un gene di dispersione che modo. Questo documento è quello primo per esaminare un gran quantità di diversità naturale e dire, 'sì, ci sono geni là fuori che pregiudicano questo fenotipo.„

Kellogg, autore senior di studio, centro di agronomia di Donald Danforth

Risultati “da una quantità enorme„ di ordinamento

La dispersione del seme è critica per gli impianti nel selvaggio, ma è un tratto indesiderabile per i ventrigli domestici perché piombo ai rendimenti diminuiti del raccolto. Sopra migliaia di anni, gli agricoltori hanno selezionato per gli impianti del cereale senza questo tratto disastroso - riferirsi al momento quando il cluster dei semi al suggerimento di ogni ramo separa in modo dai semi può disperdere - in modo che i semi rimanessero in cima all'impianto da raccogliere.

La mappatura di associazione piombo il gruppo identificare un gene chiamato meno 1 disastroso (SvLes1); il gene che modifica gli studi piombo dal co-primo autore che l'unità di elaborazione Huang ha confermato che è stata compresa nella rottura spegnebbila. “È una nuova variante disastrosa del gene identificata in una popolazione naturale.

Non moltissimi di questi geni disastrosi sono stati scoperti che hanno lasciato un impianto fare tutta la strada al seme ma impedire i semi la caduta,„ ha detto la testa Jeremy Schmutz di programma dell'impianto di JGI, che è egualmente un ricercatore della facoltà di HudsonAlpha.

“Questo ha potuto essere un altro meccanismo per girare fuori la rottura e per addomesticare i ventrigli.„ Come rompersi accade varia ampiamente fra i ventrigli, Kellogg ha aggiunto e rompere i geni può essere specifica alle specie o ai gruppi di specie.

I dati del genoma egualmente hanno rivelato che il miglio di verde è stato presentato nei tempi multipli degli Stati Uniti dall'Eurasia. Il gruppo egualmente ha identificato un gene connesso con l'angolo della foglia, che determina quanto le foglie di luce solare possono ottenere ed a sua volta servisce da preannunciatore di rendimento.

Il gene è un ortholog dei geni conosciuti, “il gene ora è stato mappato indietro in mais come addetto all'angolo della foglia,„ Schmutz celebre. “È un esempio piacevole della scoperta di de novo e poi mappando di nuovo a identifichi i geni del candidato.„

Con il programma di scienza della Comunità di JGI, le sequenze di diverse centinaia genoma verdi dell'impianto di miglio sono state generate, sebbene le analisi definitive mettessero a fuoco su 598 persone. Schmutz ed il suo gruppo hanno montato ed annotato i genoma a HudsonAlpha. Sujan Mamidi ed Adam Healey, due dei co-primi autori, piombo le analisi di dati ed hanno montato il miglio verde “pan-genoma„ (un insieme di 51.000 geni che rappresentano tutti i geni che sono presenti in specie date).

“Questo è un grande esempio di sviluppare un'infrastruttura su grande scala del genoma con un sistema ragionevolmente accessibile,„ ha detto Schmutz. “Sviluppando il pan-genoma e le accessioni permetta noi vediamo facilmente la variazione assenza/di presenza e scopriamo che i geni mancano in particolare le accessioni e confermiamo i fenotipi, che convalidano i tratti.„

“Il numero delle righe ordinate non è irrilevante ed erano tutti de novo montato, che ha lasciato il gruppo esaminare la presenza/assenza di interi geni,„ Kellogg hanno acconsentito. “Ottenere quelle informazioni è duro. C'è un buon motivo nessuno fatto; è molto lavoro. Non lo avrei fatto senza il contributo del gruppo di Jeremy. È appena una quantità enorme di ordinamento.„

Una risorsa per molte applicazioni

Kellogg ha notato che i ventrigli C4 hanno ottenuto molto interesse perché sono molto produttivi anche nell'alto calore mentre i ventrigli C3 sono diventato meno efficienti alla fotosintesi, una preoccupazione poichè gli eventi estremi del tempo diventano più frequenti.

“Una grande parte della missione del centro di Danforth è di alimentare l'affamato e di migliorare le sanità. Così c'è una domanda importante: come trasformare un ventriglio C3 in un ventriglio C4. Ci dovrebbe essere un regolatore matrice ma nessuno lo ha trovato,„ Kellogg ha meditato.

“[Il genoma di viridis dello S.] è una risorsa per molte applicazioni differenti. Il gruppo di JGI è stato meraviglioso collaborare con e questo [progetto] non sarebbe stato possibile senza loro partecipazione; è qualcosa che neppure non abbiamo iniziato.„

Source:
Journal reference:

Mamidi, S., et al. (2020) A genome resource for green millet Setaria viridis enables discovery of agronomically valuable loci. Nature Biotechnology. doi.org/10.1038/s41587-020-0681-2.