Yeni bir gen ekspresyonu atlası, aynı ortamda bile genetik olarak özdeş bitkiler arasında sıklıkla bulunan fenotipik varyasyondan (fiziksel özelliklerde farklılıklar) sorumlu olan “gürültülü genleri” haritalandırdı. Molecular Systems Biology dergisinde yayınlanan çalışma, Arabidopsis thaliana veya thale cress gen ekspresyonunu araştırdı.
Aynı ikiz yumurta ikizleri asla tam olarak “özdeş” değildir, aynı durum bitkiler dünyasında da geçerlidir. Bu nedenle, tek bir bitkinin genomunun incelenmesi, bitki özelliklerinin değişken aralığını belirlemek için yeterli değildir. Bu değişkenlik, bitki türlerinin iklim değişikliğine ve aşırı hava olaylarına karşı daha az korunmasız olmasına rağmen, çiftçilerin gübrelere ve sulamaya aynı şekilde yanıt veren tek tip mahsullere güvendikleri kontrollü tarımsal ortamda, bu sorun yaratabilir. Bu nedenle, gen ekspresyonunun evrimi, bitki genlerinin sağlamlığını, aslında genlerini değiştirmeden arttırıyor olabilir.
Hayvanların aksine, bitkiler hareket edemezler, bu nedenle gen ifadelerini değiştirerek çevresel tehditleri sürekli olarak algılayıp yanıtlamaları gerekir. “gürültü” olarak adlandırılan bu durum, yabani bitki popülasyonlarının iklim değişikliğine bağlı aşırı iklim koşullarında nasıl hayatta kalabileceklerini anlamada önemli olacaktır.
Bitkinin genomu veya genetik kodu, bir hücrenin içindeki bir proteini veya başka bir işlevsel molekülü sentezine yönlendirmek için bir talimat seti olarak kullanılır.
Transkripsiyon adı verilen bu işlemin ilk adımı, DNA dizisinin bir bölümünü RNA’ya dönüştürmeyi içerir; bu farklılıklar ortaya çıkabilir. Yazarlara göre, “genotip ve fenotip arasındaki ilişkiyi etkileyebilmesine rağmen” transkripsiyonel değişkenlik nadir olarak kabul edilir. ”
Cambridge Üniversitesi’nden Dr. James Locke liderliğindeki araştırmacılar, Arabidopsis tohumlarını inceledi ve bitkinin genomunun 15.646 ayrı genindeki varyasyonları analiz etmek için 24 saatlik bir süre içinde her iki saatte bir ayrı fidelerde RNA dizilimi yaptı. Genellikle bir ot olarak kabul edilen küçük çiçekli bitki Avrasya ve Afrika’ya özgüdür.
Kısa yaşam döngüsü, küçük boyutu ve kendine verimli olan Arabidopsis’ i, bitkilerde indüklenen mutasyonları incelemek için popüler bir model genetik organizma haline getirmiştir.
Bulgular, genlerin yüzde dokuzunun (1.358 gen) 24 saatlik sürede en az bir kez yüksek değişkenlik gösterdiğini göstermiştir. Değişken genler, gün boyunca daha değişken olan ve geceleri daha yüksek gen ekspresyonu varyasyonu gösterenler olmak üzere iki kategoriye ayrıldı.
Araştırmacılar ayrıca gen uzunluğu, transkripsiyon faktörü sayısı ve kromatin ortamı da dahil olmak üzere, bu ifadeyi artırabilecek bazı faktörler belirledi; bu, gen ekspresyonunun bir hücrenin DNA’sını değiştirmeden gerçekten değiştirilip değiştirilemeyeceğini belirler. Özellikle, değişken genlerin çoğu zaman birkaç transkripsiyon faktörünün hedefi olduğu ve “kapalı” bir kromatin ortamına sahip olduğu için daha kısa olduğu tespit edildi.
Gen ekspresyonu atlası ne işe yarar?
Bilim adamları şimdi AraNoisy adında çevrimiçi bir açık erişim atlası (gen ekspresyonu atlası) kurdular. Kaynak, dünyadaki bitki bilimcileri ve yetiştiricilerin, klonal popülasyonlardaki gen ekspresyonu değişkenliğinin bitki sağkalımı ve çeşitliliği üzerindeki etkisini incelemelerini sağlayacaktır. Gen ekspresyonu atlası verileri, bitki koruma çabalarının uyarlanmasına potansiyel olarak yardımcı olacak daha fazla önemli anlayışlara yol açabilir – “hassas koruma” zaten hem ekonomik hem de çevresel faydaları ve gelecekteki ürün geliştirme stratejilerini gösteriyor.
Yazarlar “bitkiler arasındaki gen ekspresyonu değişkenliğinin derecesini ve nasıl düzenlenebileceğini” ortaya koymuşlardı, “her gürültülü yol için potansiyel fonksiyonu ve özel değişkenlik mekanizmasını inceleyen gelecekteki çalışmalar için bir aşama belirlenmiş olundu”.
Çeviri ve Derleme: Popüler Tarım Bilimleri
Cortijo, S. et al. Widespread inter‐individual gene expression variability in Arabidopsis thaliana. Molecular Systems Biology (2019). DOI: 10.15252/msb.20188591