Ukryta złożoność genomu cierpkiej wiśni Montmorency | MSUdziś
Ponieważ Michigan jest wiodącym krajowym producentem wiśni, naukowcy z Michigan State University szukali genów związanych z wiśniami, które kwitną później w sezonie, aby sprostać potrzebom zmieniającego się klimatu. Zaczęli od porównania sekwencji DNA późno kwitnących cierpkich wiśni z sekwencjonowanym genomem pokrewnego gatunku, brzoskwini. Jednak ku zaskoczeniu badacza różnice genetyczne między gatunkami przeważały nad podobieństwami. To skłoniło zespół do stworzenia pierwszego genomu cierpkiej wiśni Montmorency z adnotacjami i zidentyfikowania segmentów DNA, które kodują każdy gen.
Czereśnie w pełnym rozkwicie. Kredyt: Charytatywna Goeckeritz
„Naiwnie myślałem, że będzie to łatwe przedsięwzięcie; po prostu zsekwencjonowalibyśmy kilka wcześnie i późno kwitnących drzew wiśniowych i dopasowaliśmy sekwencje do genomu brzoskwini i uzyskalibyśmy odpowiedź w ciągu zaledwie kilku tygodni” – powiedziała Courtney Hollender, adiunkt w College of Agriculture and Natural Resources na MSU. „Nie mogłem się bardziej mylić”.
Genomy zawierają wszystkie geny i instrukcje genetyczne dotyczące rozwoju organizmu. Sekwencjonowanie zapewnia badaczom mapę, gdy próbują na przykład wyhodować wiśnię, która zakwitnie w dalszej części sezonu. Doktorantka Hollendera, Charity Goeckeritz, ćwiczenie z frustracji wzbudziło jej ciekawość.
„Próbowałem dopasować sekwencje DNA cierpkiej wiśni do genomu brzoskwini i po prostu nie pasowały one zbyt dobrze” – powiedział Goeckeritz. „Narzekałem na to wszystkim iw końcu jeden z moich przyjaciół zasugerował, żebyśmy po prostu zsekwencjonowali genom cierpkiej wiśni”. Dzięki środkom z projektu AgBioResearch MSU GREEEN, czyli Generowanie badań i rozwoju w celu zaspokojenia potrzeb ekonomicznych i środowiskowych, byli w stanie to zrobić.
Charity Goeckeritz i Courtney Hollender. Źródło: Derrick Turner
Hollender i Goeckeritz połączyli siły z emerytowaną profesor Amy Iezzoni, jedyną w kraju hodowczynią cierpkich wiśni; Kathleen Rhoades, doktorantka Iezzoniego; Bob VanBuren, adiunkt na Wydziale Ogrodnictwa i Instytucie Odporności Roślin MSU; Kevin Childs, dyrektor MSU Genomics Core; oraz Patrick Edger, profesor nadzwyczajny na Wydziale Ogrodnictwa MSU. Wspólnie odkryli, że genom cierpkiej wiśni Montmorency był bardziej skomplikowany, niż początkowo sądzili.
Złożoność wynika z rodzicielskich chromosomów roślinnych cierpkiej wiśni. Wiśnie cierpkie są allotetraploidami, co oznacza, że zamiast dwóch zestawów chromosomów, jak ludzie, mają cztery zestawy z co najmniej dwóch różnych gatunków.
„Ciekawa wiśnia nie tylko ma cztery kopie każdego chromosomu, ale jest także produktem naturalnej krzyżówki między dwoma różnymi gatunkami” – powiedział Goeckeritz. „Wiśnia mielona, Prunus fruticosa i czereśnia, Prunus avium, które mogły mieć miejsce prawie dwa miliony lat temu”.
Podczas gdy Goeckeritz wykorzystuje genom do badania czasu kwitnienia, Rhoades, który przeprowadził sekwencjonowanie RNA lub analizę ekspresji genów w ramach projektu, pracuje nad identyfikacją genów powiązanych z określonymi cechami owoców, takimi jak kolor i jędrność.
Tarta Wiśnie Montmorency. Źródło: Charity Goeckeritz
Posiadanie sekwencji genomu cierpkiej wiśni Montmorency otwiera możliwości dla ogromnej liczby przyszłych badań, które ostatecznie przyniosą korzyści przemysłowi i konsumentom poprzez uprawę większej liczby drzew, które mogą wytrzymać zmienną wiosenną pogodę i wyprodukować więcej wiśni.
„Przed tym genomem istniały pewne sekwencje cierpkich wiśni, ale nie był to pełny obraz, a ja po prostu chciałem mieć genom do celów badawczych i hodowlanych” – powiedział Hollender. „Teraz mamy pełny obraz, a te badania będą miały duży wpływ na wszystkie przyszłe badania nad wiśniami i wysiłki hodowlane na całym świecie”.
Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Horticulture Research.
