Опубликовано онлайн в журнале Nature Communications, январь. 25, исследователи представляют пространственно-временную карту экспрессии генов во всех тканях и стадиях развития плода томата – генетическую информацию, лежащую в основе того, как плод изменяется изнутри и снаружи по мере созревания. Их данные доступны в Интернете в новом Атласе экспрессии томатов (TEA).
«В сотрудничестве участвовало несколько исследовательских групп, каждая из которых изучает биологию плодов томатов и работает вместе уже много лет», – сказала Джоселин Роуз, профессор Корнельского университета и ведущий исследователь проекта.
С годовой рыночной стоимостью 55 миллиардов долларов помидор является важным объектом для понимания генетической основы коммерчески важных характеристик, таких как размер, цвет, вкус и питательная ценность. Кроме того, помидор служит образцом для понимания процесса созревания и может быть применен к другим, более сложным для изучения фруктам.
Большинство предыдущих исследований было сосредоточено на плоде томата как на одной однородной ткани или только на внешней мясистой части, но, как знает любой, кто нарезал спелый жидкий помидор, плод далеко не однородный.
Для этого проекта исследователи проанализировали каждую ткань индивидуально на всех этапах развития, что потребовало особой осторожности, времени и различных навыков – вот где сотрудничество было ключевым.
«В проекте использовались синергетические возможности сотрудников, объединивших свои соответствующие знания в области физиологии, молекулярной биологии, лазерного микродиссекции, анализа данных и проектирования баз данных», – сказал Джеймс Джованнони, ученый BTI / USDA.
«Наша первая цель состояла в том, чтобы создать транскриптомный атлас во время развития плодов томатов с беспрецедентным уровнем пространственно-временного разрешения», – сказал Филипп Николя, научный сотрудник BTI. "Нам нужна была объективная выборка, которая была бы как можно более репрезентативной.
Для этого мы собрали в общей сложности более 400 образцов с более чем 60 случайно выбранных отдельных растений томатов."
Исследователи тщательно рассекли ткани томата вручную и с помощью микродиссекции с помощью лазерного захвата, чтобы выделить и секвенировать РНК, генетический материал, который делает каждую ткань отличной от отдельных тканей и даже клеток. Затем данные о последовательности были скомпилированы, проанализированы и организованы в TEA, где их можно проанализировать для исследования различных биологических процессов, важных для развития плода.
Тщательная биоинформатическая работа была проделана лабораториями Мюллера и Фей в BTI.
«База данных TEA предлагает беспрецедентный уровень интерактивности и новые способы визуализации сложных, многомерных данных экспрессии», – сказал ученый BTI Лукас Мюллер, имея в виду графический интерфейс TEA, который позволяет пользователям визуализировать экспрессию генов с помощью тепловых карт и пиктограмм фруктов.
«Эти функции позволят исследователям легко отвечать на вопросы, которые раньше было гораздо более утомительно, – сказал Мюллер.
Подобно тому, как сотрудничающие исследовательские группы внесли свой разнообразный опыт в создание TEA, каждая из них может использовать базу данных для исследования биологических процессов, важных для их собственных исследований.
«Одно из моих основных исследовательских интересов – разработка и тестирование моделей гормональной регуляции развития плодов», – сказала ученый BTI Кармен Катала. «Теперь мы можем использовать TEA для создания всеобъемлющей карты гормонального биосинтеза и сигнальных путей, охватывающих все ткани плода."
Лаборатория Каталы использовала эту карту, чтобы идентифицировать два белка, которые взаимодействуют и, вероятно, работают вместе, чтобы регулировать передачу сигналов фруктовых гормонов – один из нескольких результатов, полученных с помощью TEA, в публикации.
«Помидоры изучались в течение многих десятилетий, и многие процессы были описаны достаточно подробно, но TEA дает новое понимание практически каждого процесса, который мы исследовали, и дает изображение этих процессов с высоким разрешением», – сказал Роуз. "Это похоже на то, как если бы вы подняли объектив, чтобы изучить размытое изображение и получить более четкую информацию,."
Имея более четкое изображение биологических процессов, лежащих в основе развития плодов томатов, исследователи могут быстрее определить генетическую основу многих важных черт, которые мы ценим в томатах и других фруктах.
«Наше собственное понимание генетического и эпигенетического контроля созревания и метаболических путей, которые влияют на качество питательных веществ, улучшилось», – сказал Джованнони. "Это более глубокое понимание открывает путь к улучшению плодов с помощью молекулярной селекции."