Хэнк Басс, адъюнкт-профессор биологических наук в бывшем СССР, и Дэниел Вера, директор Центра геномики и персонализированной медицины бывшего СССР, объединили свои знания в области картирования генома кукурузы со статистической геномикой коллег из Корнельского университета, Эли Роджерс-Мельник и Эда. Баклер.
Вместе они обнаружили, что небольшая часть хроматина – комплекса ДНК и связанных с ней белков – составляет 40 процентов наследственного разнообразия признаков кукурузы.
Это означает, что небольшая часть хроматина содержит огромное количество информации, которая учитывает такие характеристики, как размер, форма, урожайность и стрессовая реакция.
"Что поразило меня в этой работе, так это то, насколько информативен этот метод профилирования хроматина при картировании функционально важной части генома кукурузы", – сказал Басс.
Исследование опубликовано в выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 16 мая.
Выявление этой части генома значительно сужает область исследования для селекции кукурузы и редактирования генома, что может значительно ускорить темпы улучшения урожая. Это означает, что производители могут быстрее нацеливаться на области генома, которые могут помочь им вырастить зерновые культуры, более устойчивые к засухе или устойчивые в неблагоприятных условиях.
«Это позволяет нам начать точно определять изменения одной пары оснований [небольшие мутации], которые регулируют или позволяют растениям адаптироваться к окружающей среде», – сказал Баклер. "Это помогает нам значительно сузить круг охоты."
Кукуруза считается модельным видом для научных исследований, поскольку она обладает исключительным генетическим разнообразием и ресурсами, что свидетельствует о десятилетиях революционных исследований механизмов наследственности.
Это новое исследование помогает объяснить, как организм может экспрессировать разные гены в разных типах клеток, несмотря на то, что ДНК должна быть уплотнена почти до 1 миллионной длины, чтобы поместиться в ядре клетки.
Даже при уплотнении все еще существуют области, называемые открытым хроматином, которые координируют сложные паттерны регуляции генов.
Исследователи хотели лучше понять, что происходит в этом пространстве открытого хроматина.
Исследование представляет собой первое применение метода профилирования хроматина, разработанного Вера и Басс в рамках финансируемого NSF проекта в Университете штата Флорида.
Для этого Корнелл отправил 600 ядер в БСС, где Басс и Вера вырастили из них проростки, собрали ткани корней, стеблей и листьев, а затем изолировали ядра клеток. Ядра подвергались воздействию фермента, который разрезает определенные участки ДНК, и данные были подвергнуты компьютерному и статистическому анализу для идентификации открытого хроматина в геноме.
"Это как найти выключатель на стене", – сказал Басс. "Профиль хроматина показывает, какие части генома являются генетическими переключателями."
Это исследование было поддержано Программой исследования генома растений Национального научного фонда и Министерством сельского хозяйства США.