Como te dirán los padres de gemelos idénticos, nunca son realmente idénticos, a pesar de que tienen los mismos genes. Esto también es cierto en el mundo vegetal. Ahora, una nueva investigación de la Universidad de Cambridge está ayudando a explicar por qué 'gemelos'las plantas, con genes idénticos, cultivadas en entornos idénticos continúan mostrando características únicas por sí mismas.
Los científicos de plantas de la Universidad de Cambridge Sainsbury Laboratory SLCU han creado un atlas de expresión génica que mapea los 'genes ruidosos' de plantas genéticamente idénticas. La investigación, publicada hoy en Biología de sistemas moleculares , descubrió que alrededor del 9% de los genes en plantas idénticas son muy variables en la forma en que se comportan. Curiosamente, muchos de estos genes altamente variables más ruidosos ayudan a una planta a responder a su entorno, incluidos los genes involucrados en la reacción aluz, temperatura, patógenos y nutrientes. Esta variación en el comportamiento de los genes podría ser útil en la naturaleza para poblaciones de plantas genéticamente similares para protegerse contra el estrés ambiental como la sequía, la alta salinidad o las temperaturas extremas. Esto significa que siempre habrá algunas plantas en elpoblación que está preparada para sobrevivir a diferentes tensiones debido a sus comportamientos genéticos variables cobertura de sus apuestas. Pero esta variabilidad también puede ser un problema, como en la agricultura, donde los entornos están más controlados y los agricultores quieren cultivos uniformes que germinen y florezcan al mismo tiempo.tiempo y responder igualmente a las aplicaciones de fertilizantes y agua.
Esta es la primera vez que se miden los niveles globales de ruido en la expresión génica en plantas. El atlas de acceso abierto en línea AraNoisy proporcionará un recurso para los científicos de plantas de todo el mundo para estudiar cómo la variabilidad de la expresión génica influye en la supervivencia de las plantas ydiversidad dentro de las poblaciones clonales. Este importante trampolín nos ayudará a comprender mejor cómo las plantas sobreviven en entornos fluctuantes, y eventualmente podría conducir a una mayor investigación tanto en los esfuerzos de conservación de las plantas como en el desarrollo futuro de cultivos.
¿Qué es la expresión génica?
Mirar el código genético completo llamado genoma de una planta o animal individual no es suficiente para comprender completamente las características del individuo. La forma en que se comportan los genes expresión génica puede diferir notablemente entre individuos con el mismo genoma.se expresa cuando el código genético del gen se usa para dirigir un conjunto de reacciones que sintetizan una proteína u otra molécula funcional dentro de una célula. Copiar un segmento de ADN en ARN es el primer paso en esta secuencia y se llama transcripción. En este estudio, "ruido" en la expresión génica se refiere al nivel medido de variación en el ARN entre plantas individuales. La medición de la variabilidad en la expresión génica revela qué genes son más ruidosos que otros.
La Dra. Sandra Cortijo, del Grupo Locke en SLCU, está investigando cómo se regula la expresión génica y qué causa que algunos genes se expresen de manera impredecible.
Para examinar esto, la Dra. Cortijo asumió la gigantesca tarea de medir los niveles globales de ruido en la expresión génica en una sola especie de planta. Utilizando plantas genéticamente idénticas, midió la expresión de todos sus genes individuales durante un período de 24 horas.
"Para nuestra planta modelo, utilizamos plántulas de un pequeño pariente salvaje de la brassica, llamado berro thale Arabidopsis thaliana, que comúnmente se ve creciendo como una maleza en las grietas de los pavimentos", dijo el Dr. Cortijo. "Realizamos ARN-secuenciación de plántulas individuales cada dos horas durante un período de 24 horas y analizó la variabilidad de 15,646 genes individuales en el genoma de la planta.
"Identificamos que el 9% 1,358 genes individuales de los genes eran altamente variables durante al menos un punto de tiempo durante el período de 24 horas. Descubrimos que estos genes altamente variables caían en dos conjuntos influenciados por el ciclo diurno:genes con actividad más variable durante la noche o genes que tienen actividad más variable durante el día "
Como parte del estudio, el Dr. Cortijo también identificó factores que podrían aumentar la variabilidad de la expresión génica. Los genes altamente variables tienden a ser más cortos, a ser objeto de un mayor número de otros genes factores de transcripción y a caracterizarse por un 'cerrado'entorno de cromatina que es un entorno que permite alterar la expresión génica al unir moléculas adicionales durante el proceso de lectura génica transcripción sin cambiar realmente el ADN de una célula.
"Estos resultados arrojan nueva luz sobre el impacto de la variabilidad transcripcional en la regulación de la expresión génica en las plantas y pueden usarse como base para futuros estudios sobre cómo los genes ruidosos están conectados con la forma en que las plantas responden a su entorno", dijo el Dr. Cortijo ".Las plantas son un sistema maravilloso para trabajar cuando se observa cómo se regulan los genes en respuesta a los cambios ambientales, ya que no pueden moverse y, por lo tanto, tienen que detectar y responder continuamente a los cambios ambientales. La evolución de la expresión de genes variables podría aumentar la robustez de una población de plantas.contra entornos variables sin cambiar sus genes. Comprender cómo las plantas producen y regulan este ruido en la expresión génica será importante para el desarrollo futuro de cultivos de rendimiento más uniforme y para comprender cómo las poblaciones de plantas silvestres pueden sobrevivir a fenómenos meteorológicos extremos más frecuentes debido al cambio climático."
El líder del Grupo de Investigación SLCU, Dr. James Locke, dijo que los datos eran un recurso nuevo e importante para futuras investigaciones: "Este es un recurso importante para los científicos que estudian cómo las plantas genéticamente idénticas sobreviven en entornos fluctuantes y proporciona una base para el trabajo futuro sobre cómo la genéticay los factores epigenéticos regulan la variabilidad de genes individuales "
Atlas de genes ruidosos de AraNoisy
AraNoisy es una herramienta basada en la web para acceder a la variabilidad transcripcional interindividual en Arabidopsis thaliana, a lo largo de un ciclo diurno de 24 horas. Se puede ver la variabilidad de la expresión génica para genes individuales de interés http://jlgroup.shinyapps.io/AraNoisy/
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