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Os pesquisadores identificam o gene relativo à dispersão da semente no painço verde

Por anos, Elizabeth (Toby) Kellogg, PhD, investigador do membro e do Robert E. rei Distinto e outros pesquisadores no centro da ciência de planta de Donald Danforth (centro de Danforth) conduziu para cima e para baixo as estradas dos Estados Unidos continentais, puxando ocasionalmente sobre para o lado da estrada para recolher plantas weedy pequenas e para trazê-las de volta ao laboratório.

A relvado weedy era painço verde (viridis) do Setaria, uma relvado do modelo pequeno com um ciclo de vida curto que usasse um processo de fixação do carbono conhecido como o caminho C4, que ajuda particularmente plantas a prosperar em ambientes mornos, áridos. O milho e a cana-de-açúcar estão entre as colheitas altas principais do rendimento C4, como são os mantimentos Miscanthus do combustível biológico do candidato e os switchgrass.

As viagens por estrada inumeráveis e as centenas de plantas conduziram a um papel, “um recurso do genoma para viridis verdes do Setaria do painço permitem a descoberta de locus agronòmica valiosos,” na biotecnologia da natureza.

Kellogg e seus colegas, junto com pesquisadores no instituto de HudsonAlpha para a biotecnologia e no Ministério de E.U. do Joint Genome Institute (DOE) da Energia (JGI), um escritório da GAMA da facilidade do usuário da ciência situada no laboratório nacional de Lawrence Berkeley (laboratório de Berkeley), em seqüências geradas do genoma para quase 600 plantas de painço verdes e liberada uma qualidade muito elevada provêem a seqüência do genoma dos viridis do S. A análise destes planta pesquisadores igualmente conduzidos das seqüências do genoma para identificar um gene relativo à dispersão da semente em populações selvagens pela primeira vez.

Ao nosso conhecimento, ninguém descobriu nunca um gene da dispersão que maneira. Este papel é primeiro para examinar uma enorme quantidade da diversidade natural e para dizer, 'yeah, há os genes lá fora que afectam este fenótipo.”

Kellogg, autor superior do estudo, centro da ciência de planta de Donald Danforth

Resultados de uma “quantidade maciça” de arranjar em seqüência

A dispersão da semente é crítica para plantas no selvagem, mas é um traço indesejável para colheitas domesticadas porque conduz aos rendimentos reduzidos da colheita. Sobre milhares de anos, os fazendeiros seleccionaram para plantas do cereal sem este traço de quebra - referindo o momento quando o conjunto de sementes na ponta de cada ramo quebra distante assim que as sementes podem se dispersar - de modo que as sementes permanecessem sobre a planta a ser recolhida.

O traço da associação conduziu a equipe identificar um gene chamado menos 1 de quebra (SvLes1); o gene que edita estudos conduziu pelo co-primeiro autor que o plutônio Huang confirmou que estêve envolvido na quebra desligando a. “É uma variação de quebra nova do gene identificada em uma população natural.

Não muito muitos destes genes de quebra foram descobertos que deixaram uma planta ir toda a maneira de semear mas impedir que as sementes caiam,” disseram a cabeça Jeremy Schmutz do programa da planta de JGI, que é igualmente um investigador da faculdade de HudsonAlpha.

“Este podia ser um outro mecanismo para girar fora a quebra e para domesticar colheitas.” Como se quebrar ocorre varia extensamente entre colheitas, Kellogg adicionou, e quebrar genes pode ser específica à espécie ou aos grupos de espécies.

Os dados do genoma igualmente revelaram que o painço do verde estêve introduzido nos tempos múltiplos dos Estados Unidos de Eurasia. A equipe igualmente identificou um gene associado com o ângulo da folha, que determina quanto as folhas da luz solar podem obter e o serve por sua vez como um predictor do rendimento.

O gene é um ortholog de genes conhecidos, “o gene foi traçado agora para trás no milho como envolvido no ângulo da folha,” Schmutz notável. “É um exemplo agradável da descoberta de novo e então traçando de volta a identifique genes do candidato.”

Com o programa da ciência de comunidade de JGI, as seqüências de várias centenas genomas verdes da planta de painço foram geradas, embora as análises finais focalizaram em 598 indivíduos. Schmutz e sua equipe montaram e anotaram os genomas em HudsonAlpha. Sujan Mamidi e Adam Healey, dois dos co-primeiros autores, conduziram as análises de dados e montaram o painço verde “bandeja-genoma” (um grupo de 51.000 genes que representam todos os genes que estam presente em uma espécie dada).

“Este é um grande exemplo de desenvolver uma infra-estrutura em grande escala do genoma com um sistema razoavelmente acessível,” disse Schmutz. “Construindo o bandeja-genoma e as adesões permita que nós ver a variação da presença/ausência facilmente e encontrem genes faltar em particular adesões, e confirmem os fenótipos, que validam traços.”

“O número de linhas arranjadas em seqüência não é trivial, e eram tudo de montado novo, que deixou a equipe olhar a presença/ausência de genes inteiros,” Kellogg concordaram. “Obter essa informação é dura. Há uma boa razão ninguém feito lhe; é muito trabalho. Eu não o faria sem a contribuição do grupo de Jeremy. É apenas uma quantidade maciça de arranjar em seqüência.”

Um recurso para muitas aplicações

Kellogg notou que as colheitas C4 obtiveram muito interesse porque são muito produtivas mesmo no calor elevado quando as colheitas C3 se tornarem menos eficientes na fotossíntese, um interesse porque os eventos extremos do tempo se tornam mais freqüentes.

“Uma parte grande da missão do centro de Danforth é alimentar o com fome e melhorar a saúde humana. Tão há uma pergunta principal: como transformar uma colheita C3 em uma colheita C4. Deve haver um regulador mestre mas ninguém encontrou-o,” Kellogg mused.

“[O genoma dos viridis do S.] é um recurso para muitas aplicações diferentes. O grupo de JGI foi maravilhoso colaborar com, e este [projecto] não seria possível sem sua participação; é algo que nós não começaríamos mesmo.”

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.