Gan cilvēkiem, gan tomātiem ir dažādas formas un izmēri. Tas ir tāpēc, ka katram indivīdam ir unikāls ģenētisko variāciju kopums — mutācijas —, kas ietekmē gēnu darbību un darbību. Saskaitot miljoniem mazu ģenētisku variāciju, ir grūti paredzēt, kā konkrēta mutācija ietekmēs jebkuru indivīdu. Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) profesors un Hovarda Hjūza Medicīnas institūta pētnieks Zaks Lipmans parādīja, kā tomātu ģenētiskās variācijas var ietekmēt to, kā noteikta mutācija ietekmē augu. Viņš strādā pie tā, lai varētu paredzēt mutāciju ietekmi uz dažādām tomātu šķirnēm.
Dažādas mutāciju kombinācijas var neparedzami ietekmēt tomātu izmēru. Šajā attēlā pirmajā kolonnā ir redzams nemutēts (WT) tomāts. Otrajā un trešajā kolonnā ir parādīti tomāti ar vienu mutāciju augļa izmēra gēna SlCV1 promotora reģionā (R4 vai R3). Atsevišķām mutācijām ir maza ietekme uz augļu lielumu. Bet šo divu mutāciju (R1 + R4) kombinācija dod daudz lielākus augļus.
Šajā pētījumā Lipmans un viņa komanda izmantoja CRISPR, ļoti precīzu un mērķtiecīgu gēnu rediģēšanas rīku, uz diviem tomātu gēniem, kas kontrolē augļu lielumu, SlCV3 un SlWUS. Viņi radīja vairāk nekā 60 tomātu mutantus, noņemot nelielus DNS gabalus promotora reģionos, apgabalos, kas atrodas netālu no gēniem, kas kontrolē to ekspresiju. Dažos gadījumos atsevišķas mutācijas nedaudz palielināja tomātu izmēru. Daži mutāciju pāri vispār nemainīja augļu izmēru. Dažas sinerģiskas kombinācijas izraisīja dramatisku, neparedzētu augļu lieluma palielināšanos. Lipmans saka: “Īstais Svētais Grāls kultūraugu audzēšanas jomā ir paredzamība. Ja es mainīšu šo secību, es iegūšu šo efektu. Jo ir šī citu variantu jūra, ko daba ir uzkrājusi netālu no mutācijas, kuru jūs izstrādājat, kā arī izkaisītas pa visu genomu, un daudzi no tiem varētu ietekmēt konkrēto jūsu izveidoto mutāciju.
Šis mijiedarbības diapazons jebkurām divām mutācijām modelē vienas mutācijas sekas, kas notiek dažādos ģenētiskajos fonos. Ietekme ir salīdzināma ar to, kas konstatēta dažu cilvēku slimību gadījumā, kad dažiem cilvēkiem var būt noteiktas jau esošas mutācijas, kas pasargā viņus no slimību izraisošām mutācijām.
Lipmans un viņa komanda turpinās kvantitatīvi noteikt, kā individuālās un kombinētās mutācijas ietekmē noteiktas kultūraugu īpašības. Līdz šim viņi ir izmērījuši mijiedarbību starp divām atsevišķām mutācijām, bet genomiem ir miljoniem variāciju. Lipmans cer izpētīt pietiekami daudz izmērāmu mijiedarbību, lai padarītu audzēšanu paredzamāku un efektīvāku.
Lai iegūtu vairāk informācijas:
Cold Spring Harbor laboratorija
www.cshl.edu