นักวิจัยค้นพบ “Genetic Goldmine” ที่อาศัยความยืดหยุ่นของพืชในสภาพแวดล้อมทะเลทรายที่รุนแรง

ใช้จีโนมเพื่อสำรวจวิวัฒนาการของพืชที่มีความยืดหยุ่น
นักวิจัยชาวชิลีได้นำตัวอย่างพืชและดินที่เก็บรักษาไว้ในไนโตรเจนเหลว 1,000 ไมล์กลับไปที่ห้องแล็บเพื่อจัดลำดับยีนที่แสดงออกในพืชที่โดดเด่น 32 ชนิดใน Atacama และประเมินจุลินทรีย์ในดินที่เกี่ยวข้องกับพืชโดยพิจารณาจากลำดับดีเอ็นเอ พวกเขาพบว่าพืชบางชนิดได้พัฒนาแบคทีเรียที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตใกล้กับรากของพวกมัน ซึ่งเป็นกลยุทธ์ที่ปรับเปลี่ยนได้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการบริโภคไนโตรเจน ซึ่งเป็นสารอาหารที่สำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืชในดินที่มีไนโตรเจนต่ำของ Atacama

เพื่อระบุยีนที่มีลำดับโปรตีนถูกดัดแปลงในสายพันธุ์ Atacama นักวิจัยจาก NYU ได้ทำการวิเคราะห์โดยใช้แนวทางที่เรียกว่า phylogenomics ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างประวัติศาสตร์วิวัฒนาการขึ้นใหม่โดยใช้ข้อมูลจีโนม ในการปรึกษาหารือกับเพื่อนร่วมงานที่สวนพฤกษศาสตร์นิวยอร์ก พวกเขาเปรียบเทียบจีโนมของพืช Atacama 32 ชนิดกับ “พี่สาว” 32 สายพันธุ์ที่ไม่ได้รับการดัดแปลงแต่มีความคล้ายคลึงกันทางพันธุกรรม

“เป้าหมายคือการใช้ต้นไม้วิวัฒนาการนี้ตามลำดับจีโนมเพื่อระบุการเปลี่ยนแปลงในลำดับกรดอะมิโนที่เข้ารหัสในยีนที่สนับสนุนวิวัฒนาการของการปรับตัวของพืช Atacama ให้เข้ากับสภาพทะเลทราย” Coruzzi กล่าว

“การวิเคราะห์จีโนมเชิงคำนวณที่เข้มข้นนี้เกี่ยวข้องกับการเปรียบเทียบลำดับโปรตีน 1,686,950 มากกว่า 70 สปีชีส์ เราใช้ซุปเปอร์เมทริกซ์ที่เป็นผลลัพธ์ของกรดอะมิโน 8,599,764 ตัวสำหรับการสร้างสายวิวัฒนาการใหม่ของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของสายพันธุ์ Atacama” Gil Eshel ผู้ทำการวิเคราะห์นี้โดยใช้ High Performance Computing Cluster ที่ NYU กล่าว

การศึกษาระบุยีนของผู้สมัคร 265 ยีนซึ่งการเปลี่ยนแปลงลำดับโปรตีนได้รับการคัดเลือกโดยกองกำลังวิวัฒนาการจากหลายสายพันธุ์ Atacama การกลายพันธุ์แบบปรับตัวเหล่านี้เกิดขึ้นในยีนที่สามารถรองรับการปรับตัวของพืชให้เข้ากับสภาพทะเลทราย รวมทั้งยีนที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อแสงและการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งอาจช่วยให้พืชสามารถปรับตัวให้เข้ากับการแผ่รังสีแสงสูงใน Atacama ในทำนองเดียวกัน นักวิจัยได้ค้นพบยีนที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการตอบสนองต่อความเครียด เกลือ การล้างพิษ และไอออนของโลหะ ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการปรับตัวของพืช Atacama เหล่านี้ให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่ตึงเครียดและขาดสารอาหาร

สิ่งที่เราเรียนรู้ได้จาก “เหมืองทองพันธุกรรม” นี้
ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เกี่ยวกับการตอบสนองต่อความเครียดของพืชและความทนทานนั้นเกิดขึ้นจากการศึกษาในห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิมโดยใช้แบบจำลองไม่กี่ชนิด แม้ว่าจะเป็นประโยชน์ แต่การศึกษาระดับโมเลกุลดังกล่าวอาจพลาดบริบททางนิเวศวิทยาที่พืชมีวิวัฒนาการไป

Viviana Araus จากมหาวิทยาลัย Pontificia Universidad Católica de Chile ในห้องทดลองของ Gutierrez และอดีตรองดุษฎีบัณฑิตที่ NYU กล่าวว่า “โดยการศึกษาระบบนิเวศในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ศูนย์จีโนมิกส์และชีววิทยาระบบ

“พืชส่วนใหญ่ที่เราพบในงานวิจัยนี้ยังไม่เคยมีการศึกษามาก่อน เนื่องจากพืช Atacama บางชนิดมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับพืชผลหลัก เช่น เมล็ดพืช พืชตระกูลถั่ว และมันฝรั่ง ยีนของผู้สมัครที่เราระบุนั้นเป็นตัวแทนของเหมืองทองคำทางพันธุกรรมเพื่อสร้างพืชผลที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากการทำให้โลกของเรากลายเป็นทะเลทรายมากขึ้น” Gutiérrez กล่าว

นอกจาก Gutiérrez และ Araus แล้ว ผู้ทำงานร่วมกันในชิลียังมี Claudio Latorre แห่ง Pontificia Universidad Católica de Chile และ Mauricio González แห่ง Universidad de Chile Coruzzi และ Eshel ที่ NYU ทำงานเกี่ยวกับไปป์ไลน์สายวิวัฒนาการและการวิเคราะห์ร่วมกับผู้ทำงานร่วมกันในสหรัฐอเมริกา รวมถึง Kranthi Varala จากมหาวิทยาลัย Purdue, Dennis Stevenson จากสวนพฤกษศาสตร์นิวยอร์ก, Rob DeSalle จาก American Museum of Natural History รวมถึงสมาชิกของพวกเขา ทีมวิจัย

งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดย Fondo de Desarrollo de Areas Prioritarias (FONDAP) Center for Genome Regulation (15090007) ในชิลี และในสหรัฐอเมริกาโดย Zegar Family Foundation (A160051) และโดย Department of Energy Biological and Environmental Research Grant (DE) -SC0014377)

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*