Polacy zsekwencjonowali genom ogórka i dowiedli, jak rośliny reagują na stres
Zespół prof. Zbigniewa Przybeckiego ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie zsekwencjonował genom ogórka północnoeuropejskiego. Uzyskał też niezwykle istotne wyniki dotyczące mechanizmów przystosowawczych u roślin.
W badaniach zespół wykazał istnienie różnic genetycznych, które mają znaczenie dla przystosowania się roślin do różnych warunków klimatycznych Europy Północnej i Chin. We współpracy z zespołem prof. Stanisława Karpińskiego, uzyskano też nowe informacje dotyczące istnienia nieznanych dotąd mechanizmów przystosowania się roślin do zmieniających się warunków.
Prof. Przybecki wyjaśnił, że jest to pierwszy tak skomplikowany genom zsekwencjonowany przez zespół składający się w większości z Polaków. Prawdopodobnie jest to też jedyny genom jądrowy organizmu wyższego zsekwencjonowany od początku przez tak mały, bo jedynie 20-osobowy zespół.
Oprócz uczonych z Katedry Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin z Wydziału Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu SGGW, w skład zespołu badawczego weszli również naukowcy ze Stanów Zjednoczonych (2 osoby) i Japonii (3 osoby). Wyniki ich prac opublikowano pod koniec lipca w prestiżowym periodyku naukowym „PLoS ONE”.
Jak w rozmowie z PAP wyjaśnił prof. Przybecki, zsekwencjonowany genom jądrowy europejskiego ogórka, porównano z, zsekwencjonowanym przez naukowców z Chin, genomem ogórka chińskiego. Okazało się, że między DNA obu roślin zachodzi wiele różnic w składzie genów biorących udział w procesach o znaczeniu przystosowawczym takich jak: fotosynteza, metabolizm cukrów, oddychanie, regulacja ekspresji genów, degradacja chlorofilu, wiązanie jonów amonowych, odporność na stres oksydacyjny czy odporność na wysoką temperaturę.
Jak wytłumaczył genetyk, różnice te wynikają z innych cech klimatu, w których hodowane były ogórki. Klimat umiarkowany Europy Północnej w porównaniu z klimatem subtropikalnym południowo-wschodnich Chin jest chłodniejszy, promieniowanie słoneczne jest tu mniej intensywne, ale obserwujemy stałą, wyższą emisję dwutlenku węgla (od początków ery industrialnej do lat 80. XX wieku), co u roślin wiąże się ze zmniejszoną zdolnością przyswajania przez rośliny jonów azotanowych. Z kolei w klimacie płd-wsch Chin występuje wysoka sezonowa intensywność promieniowania słonecznego w tym UV-B oraz wysoka temperatura, dlatego tamtejszy ogórek musi cechować się wyższą odpornością na stres oksydacyjny i termiczny.
W badaniach skupiono się na promotorach genów. Promotor to część genu, która reguluje jego pracę i pozwala na „włączanie” czy też „wyłączanie” uśpionych funkcji genu. Naukowcy porównali wszystkie promotory genów ogórka z Europy, chińskiego oraz innych gatunków roślin: topoli, rzodkiewnika i ryżu.
Okazało się, że procesy adaptacyjne mogą odbywać się poprzez zmianę w promotorach genów pewnych krótkich sekwencji określanych jako elementy CRE. Elementy te, lub ich zestawy, w odpowiedzi na bodziec (np. niską temperaturę, lub zawartość etylenu), powodują zmianę „stanu” genu, np. uaktywniają go lub blokują jego działanie. Tak, więc „manipulacje” w zestawach elementów CRE w promotorach będą decydowały o sposobie działania genów w zależności od bodźca.
Mechanizm ten reorganizuje sieci metaboliczne i prowadzi do zmian przystosowawczych. Dzięki temu roślina może „szybko” adaptować się do nowych warunków środowiskowych bez utraty funkcjonalności poszczególnych genów (tzn. bez zmian mutacyjnych prowadzących do zmian właściwości białka). Dzięki dużej zmienności promotorów mogą powstawać np. nowe odmiany, które przystosowują się do nowych nisz ekologicznych.
Uzyskanie wyników dotyczących zmian adaptacyjnych u roślin nie byłoby jednak możliwe, gdyby zsekwencjonowany nie został wcześniej genom polskiego ogórka.
Jak powiedział badacz, sekwencjonowanie genomu ogórka było trochę walką z czasem, bo nad tym samym pracował jednocześnie zespół z Chin i chodziło o to, żeby za bardzo nie zostać z tyłu. Prof. Przybecki wyjaśnił, że jego zespół prace nad poznaniem genomu rośliny rozpoczął 1,5 roku po Chińczykach. Zespół reprezentowany przez SGGW w badaniach wykorzystał jednak niedostępne wcześniej, szybsze i dużo tańsze metody sekwencjonowania DNA, była więc szansa, że wyprzedzi Azjatów.
Choć zespołowi prof. Przybeckiego udało się jako pierwszemu (21.09.2009 r.) umieścić zsekwencjonowany genom ogórka w GeneBanku – ogólnoświatowej bazie zskekwencjonowanych już genów – to Chińczycy jako pierwsi przygotowali publikację na temat swoich badań.
„Można jednak powiedzieć, że nie ma tego złego, bo gdyby nie to opóźnienie nie moglibyśmy zrobić tych wszystkich analiz porównawczych, które dostarczyły tyle ciekawych wyników” – zaznaczył Przybecki.
Jak wyjaśnił rozmówca PAP, w komórce ogórka znajduje się kilka genomów: genom jądrowy, mitochondrialny i chloroplastowy. W swoich badaniach zarówno zespół Zbigniewa Przybeckiego, jak i badaczy z Chin skupił się na największym i najważniejszym z nich – genomie jądrowym, którego wielkość wynosi 367 milionów par nukleotydów. W jego skład wchodzi ok. 29,9 tys. genów (człowiek ma ok. 35 tys. genów).
Genom ogórka już wcześniej badany był na SGGW. W 2007 r. dr hab. Wojciech Pląder (który współpracuje z zespołem Przybeckiego), zsekwencjonował genom chloroplastowy ogórka. Genom ten liczy 155 tys. nukleotydów, a więc jest ponad 2 tys. razy mniejszy niż genom jądrowy tej rośliny.
Zaloguj się Logowanie