Генетики UC Riverside изучат, как растения адаптируются к меняющейся среде
Транспозируемые элементы (ТЭ) – последовательности ДНК, перемещающиеся по геному – в изобилии присутствуют в растениях и животных, быстро эволюционируют и способствуют эволюции генома. Их роль в создании растениями разнообразия, необходимого для адаптации к изменению климата, станет предметом исследования в Калифорнийском университете в Риверсайде, финансируемого грантом Национального научного фонда США на сумму около $4.8 млн сроком на пять лет.
Сьюзан Р. Весслер, главный исследователь по гранту, и Джейсон Стайих, со-исследователь, сосредоточат внимание на рисе, который служит отличной моделью благодаря небольшому и полностью секвенированному геному, который можно легко трансформировать чужеродной ДНК.
"Мы попытаемся понять влияние быстро амплифицирующегося ТЭ – того, который увеличивает число своих копий с высокой скоростью – на создание разнообразия у риса", – сказала Весслер.
Исследователи будут анализировать, как mPing, высококопийный ТЭ, быстро диверсифицирует геном риса (в основном самоопыляющегося организма) и тем самым изменяет его способность реагировать на меняющуюся среду. Это позволит впервые задокументировать глобальное влияние "вспышки" ТЭ у любого организма.
По словам Весслер, рис, обладающий одним из самых стабильных геномов и являющийся важнейшим источником калорий для людей во всем мире, парадоксальным образом является хозяином для наиболее активного ТЭ, охарактеризованного у любого эукариота.
Команда будет использовать систему "транспозонного мечения" – инструмент, позволяющий отслеживать мобильный ТЭ, когда он перемещается по геному риса и встраивается в ген или рядом с ним, отменяя или изменяя его экспрессию или функцию.
"В системе транспозонного мечения мы мутагенизируем растения с помощью ТЭ, затем идентифицируем растения с интересными признаками. Используя ТЭ как "крючок", можно увидеть, где он расположен, и, скорее всего, обнаружить его внутри гена, ответственного за этот признак", – пояснила Весслер.
Рис – редкий пример организма в природе, у которого ТЭ (mPing) быстро увеличивает число своих копий. Этот ТЭ начал двигаться в последние 50-100 лет и может прекратить движение в следующие ~50 лет.
"На сегодняшний день только у риса мы наблюдаем ТЭ, увеличивающий число своих копий с невероятно высокой скоростью. Этот ТЭ проходит "под радаром" системы геномного иммунитета растения, то есть растение не обнаруживает его движение".
Исследование имеет важное значение для понимания того, как организмы справляются с таким количеством ТЭ в своем геноме. В некоторых случаях специфические вставки ТЭ влияют на признаки, и растения демонстрируют, например, повышенную устойчивость к стрессу.
Команда изучит влияние ТЭ на экспрессию генов, сравнивая линии риса с высоким и низким числом копий ТЭ и их потомство от генетического скрещивания. Эта работа требует технологий высокопроизводительного секвенирования и значительных вычислительных ресурсов.
Грант также включает программу научной коммуникации: исследователи создадут ресурсы для научного сообщества по отслеживанию движения ТЭ и пониманию того, как признаки определяются вставкой ТЭ в ген. Результаты проекта будут интегрированы в курсы для студентов и старшеклассников.
В проекте также примут участие Томас Брутнелл и Ци Сунь. Команда будет использовать прибор Solexa/Illumina HiSeq2000 и биоинформатический компьютерный кластер в Институте интегративной геномной биологии UC Riverside для секвенирования геномов, измерения экспрессии генов и вычислительного анализа данных.