同卵雙胞胎的父母會(huì)告訴你，即使他們有相同的基因，他們也永遠(yuǎn)不會(huì)完全相同。植物界也是如此。現(xiàn)在，劍橋大學(xué)的一項(xiàng)新研究有助于解釋為什么在同一環(huán)境中生長(zhǎng)的具有相同基因的“雙胞胎”植物繼續(xù)表現(xiàn)出自己獨(dú)特的特征。
劍橋大學(xué)塞恩斯伯里實(shí)驗(yàn)室(SLCU)的植物科學(xué)家建立了一個(gè)基因表達(dá)圖譜，以繪制基因相同植物的“嘈雜基因”。這項(xiàng)發(fā)表在今天《分子系統(tǒng)生物學(xué)》上的研究發(fā)現(xiàn)，其他類似植物中約9%的基因表達(dá)模式發(fā)生了巨大變化。有趣的是，許多這種高度可變(噪音最大)的基因幫助植物對(duì)環(huán)境做出反應(yīng)，包括那些對(duì)光、溫度、病原體和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)做出反應(yīng)的基因。這種基因行為的改變可用于自然界中遺傳相似的植物群體，以抵抗環(huán)境脅迫，如干旱、高鹽度或極端溫度。這意味著種群中總會(huì)有一些植物因?yàn)榛蛐袨榈母淖?對(duì)沖賭注)而準(zhǔn)備承受不同的壓力。但是這種可也是一個(gè)問(wèn)題，
這是首次測(cè)量植物基因表達(dá)的全局噪聲水平。在線開(kāi)放存取圖譜(AraNoisy)將為世界各地的植物科學(xué)家提供資源，研究基因表達(dá)變異如何影響克隆群體中植物的生存和多樣性。這一重要的墊腳石將有助于我們更好地理解植物如何在波動(dòng)的環(huán)境中生存，最終我們可以進(jìn)一步研究植物保護(hù)和未來(lái)的作物發(fā)展。
什么是基因表達(dá)？
只看單一植物或動(dòng)物的完整遺傳密碼(稱為基因組)還不足以完全理解個(gè)體特征?；蚪M相同的個(gè)體之間，基因表達(dá)的方式(基因表達(dá))可能有顯著差異。當(dāng)一個(gè)基因的遺傳密碼被用來(lái)指導(dǎo)細(xì)胞中合成蛋白質(zhì)或其他功能分子的一系列反應(yīng)時(shí)，這個(gè)基因就被表達(dá)出來(lái)了。將一段脫氧核糖核酸復(fù)制成核糖核酸是序列的第一步，這被稱為轉(zhuǎn)錄。在本研究中，基因表達(dá)中的“噪音”是指單個(gè)植物之間的核糖核酸的變異水平。測(cè)量基因表達(dá)的可揭示了哪些基因比其他基因更嘈雜。
SLCULOK集團(tuán)的Sandra Cortijo博士正在研究如何調(diào)控基因表達(dá)，以及導(dǎo)致某些基因表達(dá)不可預(yù)測(cè)的原因。
為了研究這一點(diǎn)，科爾蒂霍博士承擔(dān)了測(cè)量單一植物物種中基因表達(dá)的全球噪音水平的巨大任務(wù)。她利用基因相同的植物，在24小時(shí)內(nèi)測(cè)量了所有個(gè)體的基因表達(dá)。
“對(duì)于我們的模型植物，我們使用了一種相對(duì)較小的野生蕓苔屬植物幼苗，叫做擬南芥，最常見(jiàn)的是雜草生長(zhǎng)在路面的裂縫中，”Cortijo博士說(shuō)?！拔覀?cè)?4小時(shí)內(nèi)每?jī)尚r(shí)對(duì)單個(gè)幼苗的RNA進(jìn)行測(cè)序，并分析了植物基因組中15646個(gè)單個(gè)基因的變異性。
“我們發(fā)現(xiàn)，24小時(shí)內(nèi)至少有一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，9%(1358個(gè)基因)有很大的遺傳變異。我們發(fā)現(xiàn)，這些高度可變的基因分為兩組，受晝夜周期的影響——夜間活動(dòng)變化較多的基因或白天活動(dòng)變化較多的基因?！?
作為研究的一部分，科爾蒂霍博士還確定了可能增加基因表達(dá)可的因素。高度可變的基因往往更短，被更多的其他基因(轉(zhuǎn)錄因子)靶向，其特征是“封閉”的染色質(zhì)環(huán)境(一種允許通過(guò)添加額外分子來(lái)改變基因表達(dá)的環(huán)境)，基因閱讀過(guò)程(轉(zhuǎn)錄)，而實(shí)際上不會(huì)改變細(xì)胞的DNA)。
科爾蒂霍博士說(shuō)：“這些結(jié)果揭示了轉(zhuǎn)錄變異對(duì)植物基因表達(dá)調(diào)控的影響，這可以作為進(jìn)一步研究嘈雜基因如何與植物對(duì)環(huán)境的反應(yīng)相關(guān)的基礎(chǔ)?！爸参锸且粋€(gè)好系統(tǒng)。在研究基因如何受到環(huán)境變化的調(diào)控時(shí)，由于不能移動(dòng)，必須不斷感知和應(yīng)對(duì)環(huán)境變化?；虮磉_(dá)的進(jìn)化可以增加植物的魯棒性。在不改變基因的情況下對(duì)抗不同的環(huán)境。
SLCU研究組組長(zhǎng)James Locke博士表示，這些數(shù)據(jù)是進(jìn)一步研究的重要新資源：“這是科學(xué)家研究具有相同基因的植物如何在波動(dòng)環(huán)境中生存的重要資源，為未來(lái)遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)的研究提供了基礎(chǔ)。因子調(diào)節(jié)個(gè)體基因的可?！?
噪聲的噪聲基因圖
AraNoisy是一種基于網(wǎng)絡(luò)的工具，用于獲取擬南芥在整個(gè)24小時(shí)晝夜周期內(nèi)的個(gè)體間轉(zhuǎn)錄變異性。你可以在https://jlgroup.shinyapps.io/AraNoisy/.檢查每個(gè)感興趣基因的基因表達(dá)變異
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