Коллекция, на создание которой ушло более 8 лет и 5 миллионов долларов, содержит около 2000 клонов факторов транскрипции растений, генетических переключателей включения / выключения природы. Управление этими факторами транскрипции позволяет ученым улучшить такие характеристики растений, как устойчивость к холоду или количество семян.
Исследование будет опубликовано 17 июля в журнале Cell Reports.
«[Факторы транскрипции] подобны умным ракетам, которые проникают в ядро и связываются с определенными последовательностями ДНК», – сказал декан колледжа литературы, искусств и наук Дорнсифа Университета Южной Калифорнии Стив Кей, автор-корреспондент исследования. "Они будут регулировать гены, включая или выключая их, в зависимости от того, как клетке нужно реагировать на окружающую среду."
Клоны этих «главных переключателей» из библиотеки хранятся в микротитровальных планшетах, которые будут распространены среди ученых по всему миру, что поможет тем, кто занимается недостаточно финансируемой областью исследований в области растений. По словам авторов, из всех биомедицинских исследований федеральное правительство тратит примерно 1% на исследования растений.
«Учитывая, насколько важна еда для здоровья человека, это вызывает беспокойство», – сказал Кей. "Большинство людей в U.S. не беспокоятся о голоде, но они беспокоятся о смерти от рака. Тем из нас, кто стоит в проходе супермаркета, трудно поверить, что может быть что-то вроде нехватки еды. Это похоже на изменение климата – это не часто бывает прямо у вас на глазах."
«Мы хотели создать высококачественную коллекцию факторов транскрипции, являющуюся золотым стандартом, которая будет полезна сообществу растений во всем мире», – сказал Кей, исследующий циркадные ритмы или биологические часы растений.
Jose L. Прунэда-Паз, соавтор статьи, объяснил, что коллекция «в конечном итоге поможет нам понять на молекулярном уровне механизмы работы растений."Прунэда-Пас помог создать библиотеку в качестве постдокторского исследователя, сначала в лаборатории Кея в Исследовательском институте Скриппса в Ла-Хойе, Калифорния, затем в Калифорнийском университете в Сан-Диего, где он сейчас является преподавателем.
Кей пояснил: «Попутно мы разберемся с проводкой – инструкцией по эксплуатации – для того, как растения растут и развиваются. Из этой базы знаний приходят все возможности для перевода."
Клоны в библиотеке были взяты из арабидопсиса, цветкового растения, связанного с капустой и горчицей.
«Вы можете думать об арабидопсисе как о мышке ботанического мира», – сказал Кей. «Точно так же, как мы многое узнаем о биологии человека от мух и мышей, мы многое узнаем о биологии часов, потому что арабидопсис – отличное растение для выращивания в лаборатории."
Пруна-Пас и Гислен Бретон, еще один бывший постдокторант в лаборатории Кея и соавтор исследования, рассказывают, что впервые привело к идее создания библиотеки в 2006 году.
Ученые пытались понять, как растения адаптируются к циклам света и темноты, и сосредоточили внимание на производстве CCA1 и LHY, факторов транскрипции, которые регулируют гены часов арабидопсиса.
Традиционно исследователи расшифровывают функцию гена путем мутации гена и выяснения, ответственны ли эти мутации за определенный фенотип.
Но когда этот метод не сработал, исследователи решили «использовать этот обратный генетический подход», – пояснил Прунеда-Пас. «Вместо того, чтобы пытаться произвести мутацию, чтобы найти ген, мы могли бы клонировать все факторы транскрипции, а затем выяснить, какие факторы транскрипции связывают и регулируют экспрессию CCA1. Для этого мы начали эту коллекцию."
Бретон и Прунэда-Пас руководили начальным строительством библиотеки. В 2010 году, когда Бретон уехал на должность доцента в Техасский университет в Хьюстоне, Прунэда-Пас завершил проект. На создание библиотеки команда получила гранты от Национального института здоровья (NIH) и другие гранты на общую сумму около 5 миллионов долларов.
Прунада-Пас и Кей завершили проект в Калифорнийском университете в Калифорнии и Калифорнии, где им помогла роботизированная платформа, которая может проводить тысячи экспериментов в день.
«Таким образом, цель заключалась в том, чтобы построить что-то, что может стать основой для многих других проектов», – сказал Бретон, добавив, что уже 70 исследовательских проектов в США.S. и Европа возникла из библиотеки. "Он будет использоваться не только для исследования циркадных часов, но и для многих других проектов в области биологии растений в будущем."
Одно исследование, которое стало возможным благодаря библиотеке, было опубликовано в Current Biology 7 июля. В ходе исследования лаборатория Кея узнала, как растения регулируют экспрессию своих генов на холоде.
Используя библиотеку, они провели тесты, изолирующие взаимодействие между двумя ключевыми генами – LUX и CBF1, которые, как теперь известно, отвечают за устойчивость растений к замораживанию.
Исследование показало, как растения приспосабливаются к изменениям температуры во время нормального цикла день-ночь, а также к резким изменениям температуры, таким как заморозки.
«У нас было очень мало представления о том, как холод пересекается с часами, и это действительно укрепило идею о том, что регуляция транскрипции является ключевой», – сказала первый автор исследования Current Biology Бренда Чоу, научный сотрудник лаборатории Кея, которая скоро начнет работу в GenBank. , база данных генетических последовательностей в Бетесде, штат Мэриленд.
"Библиотека была очень полезна для растительного сообщества", – сказал Чоу. «Специально для моего проекта это был уникальный способ определить взаимодействие между CBF1 и LUX. Было бы очень сложно определить это каким-либо другим способом."