Langsung ke konten utama

Mempetakan Genome Jagung

loading...
bisnis online

(KeSimpulan) Sequence membantu petani jagung memenuhi tuntutan global untuk pangan dan bahan bakar. Ahli biologi tanaman punya sesuatu yang istimewa, Genome maize (jagung) akhirnya telah diurutkan. Rahasia genetik jagung, salah satu tumbuhan biji-bijian paling banyak di dunia yang harus dipercepat sebagai upaya mengembangkan varietas tanaman untuk memenuhi kelaparan, pakan ternak, dan bahan bakar.

Genome ini "benar-benar sumber daya yang besar. Ini memberi kita alat untuk pemetaan gen yang kita tidak punya sebelumnya," kata John Doebley, genetikolog jagung dari University of Wisconsin-Madison yang tidak terlibat dalam proyek. Proyek US$31 juta selama empat tahun untuk sequence maize (Zea mays) yang dipimpin oleh konsorsium peneliti untuk memetakan genom dari garis keturunan inbred jagung (B73), yang penting sebagai tanaman komersial.

Berbasis 2,3 miliar urutan (cetak biru genetik terbesar belum berhasil untuk semua jenis tanaman) termasuk lebih dari 32.000 gen pengkode protein yang tersebar di seluruh 10 kromosom jagung. Bagian dari DNA yang disebut transposable elements, yang dapat bergerak di sekitar genom dan menyebabkan mutasi menjadi bagian paling banyak dari urutan, mencakup hampir 85% dari genome.

"Apa yang kami punya di sini adalah bagian penting dari instruksi manual bagaimana berkembang biak tanaman jagung secara lebih baik.Anda sekarang dapat menemukan di mana gen-gen yang mendasari sifat-sifat tertentu berada dengan demikian anda memiliki alat bagaimana berkembang biak yang diinginkan ke dalam ciri-ciri tumbuhan generasi baru," kata Richard Wilson, direktur Genome Center di Washington University di St Louis, Missouri, yang memimpin proyek genom jagung.

Joachim Messing, direktur Plant Genome Initiative dari Rutgers University di Piscataway, New Jersey, yang tidak terlibat dalam sequencing, mengatakan dia terkejut oleh seberapa baik jika berdasarkan analisis sebelumnya potongan kecil dari genome memprediksikan beberapa tren keseluruhan. "Hampir semua hal yang kita telah ramalkan sebelum dapat divalidasi dengan seluruh urutan," kata Messing. Genome yang dicetak dan diterbitkan di jurnal Science, bersama dengan 13 analisis pendamping dalam Science dan the Public Library of Science Genetics.

Setelah Sekuensing genom jagung pertama mereka, peneliti kemudian menangani varietas jagung lainnya untuk perbandingan. Luis Herrera-Estrella dan rekan-rekannya dari Research and Advanced Studies Center of the National Polytechnic Institute (CINVESTAV) di Irapuato, Meksiko, sequencing sebuah varietas jagung dari dataran tinggi Meksiko yang disebut Palomero. Regangan kuno ini, ideal untuk membuat popcorn, menyimpang dari divertasi B73 sekitar 9.000 tahun yang lalu, lingkungan saat jagung pertama kali dipelihara dari rumput Teosinte.

Tim peneliti melaporkan bahwa genome Palomero adalah sekitar 400 juta nucleotides yang lebih kecil dan mengandung kurang dari sekitar 20% repetitif DNA dari B73. "Anda dapat mengandung tiga Arabidopsisgenomes atau satu genom beras dalam perbedaan ukuran di antara dua genome jagung. Ukuran ini perbedaan yang muncul pada masa pembiakan tanaman domestikasi dan benar-benar besar," kata Virginia Walbot, biolog molekuler yang mempelajari jagung di Stanford University di Palo Alto, California, dan salah satu penulis di Public Library of Science Genetics.

Tim Herrera-Estrella juga menemukan lebih dari selusin gen yang berkaitan dengan detoksifikasi logam berat dan toleransi stres lingkungan yang kekal pada B73 dan Palomero, tapi itu tidak berasal dari Teosinte, menunjukkan bahwa gen ini terlibat dalam proses domestikasi. Mengintip kembali ke catatan geologi, para peneliti menyadari bahwa sering terjadi letusan gunung berapi pada 8.500-10,500 tahun yang lalu di Trans-Mexican Volcanic Belt, sebuah wilayah dekat dengan habitat jagung domestik, membawa logam berat yang dibuang ke tanah setempat. Konservasi logam detoksifikasi dan toleransi stres gen dalam turunan galur, "kuatnya perubahan lingkungan yang disebabkan oleh aktivitas gunung berapi mewakili sebuah kekuatan pendorong penting yang bertindak di awal domestikasi jagung", kata Herrera-Estrella.

Tim lain, dipimpin oleh Edward Buckler, genetikolog jagung bersama dengan US Department of Agriculture's Agricultural Research Service yang berbasis di Cornell University di Ithaca, New York, sequencing bagian dari gen dimostik yang kaya dengan 27 varietas jagung untuk memetakan haplotypes, kelompok gen yang cenderung tetap bersama-sama dan mungkin berbagi fungsi yang sama atau satu asal. Peta mengungkapkan ribuan gen di sekitar pusat kromosom, di mana tampaknya tidak akan berjalan sekitar selama rekombinasi, proses di mana pasangan untaian DNA dipisahkan dan bertukar selama pembelahan sel.

Rekombinasi yang diperlukan untuk tanaman yang menguntungkan petani untuk menyatukan gen dari varietas tanaman yang berbeda dalam satu tanaman. Jadi, tanpa banyak rekombinasi, "secara efektif, ada ribuan gen-gen yang liar bagi usaha petanian", kata Buckler. Dia mencatat bahwa hal ini dapat menjelaskan mengapa petani perlu untuk persilangan, garis-garis alami yang berbeda untuk menghasilkan jagung varietas unggul.

Kualitas yang lebih tinggi untuk hibrida juga dapat dihubungkan dengan perbedaan varietas tersembunyi yang tidak tumpang tindih dan saling melengkapi set gen set, kata Patrick Schnable, genetikolog jagung. Dalam studi terpisah, Schnable dan rekan-rekannya dari Iowa State University di Ames membandingkan struktur genom B73 dengan garis bawaan lain yang disebut Mo17. Mereka menemukan ratusan gen yang muncul hanya sekali dalam satu atau lebih dari dua genome. Hal ini menunjukkan bahwa melintasi dua varietas dapat menghasilkan hibrida yang berisi jumlah gen lebih tinggi yang menguntungkan.

The maize HapMap juga menjanjikan untuk menyusun gabungan gen lebih mudah, kata Buckler. Itu karena para peneliti dapat menguji DNA pada benih penanda kehadiran haplotypes tertentu, daripada harus tumbuh seluruh tanaman untuk menilai apakah ciri-ciri yang diberikan oleh haplotypes hadir. Sumber daya juga dapat digunakan untuk memproduksi heartier varietas jangung dengan scan sistematis genome untuk gen yang mendasari ciri-ciri kunci, seperti orang-orang yang memungkinkan tanaman untuk tumbuh dengan pengurangan input pupuk dan mineral atau untuk meningkatkan toleransi lahan kering. Selama berabad-abad, jagung telah membuat langkah besar, "Genom ini akan memungkinkan kita untuk mengembangkan alat agar membuat pekerjaan sedikit lebih mudah," Schnable.

Organization of eight bz haplotypes. Each haplotype is identified by the name of the genetic line, followed by the size of the cloned NotI fragment, in parentheses. The locations of the NotI sites at the proximal and distal ends are marked by Ns on the left and right, respectively. Genes are shown as pentagons pointing in the direction of transcription; exons are in bronze and introns in yellow. There are eight genes in the region: bz, stc1, rpl35A,tac6058, hypro1, znf, tac7077, and uce2 (21). The same symbols are used for gene fragments carried by helitrons (Hels), which are represented as bidirectional arrows below the line for each haplotype. The vacant sites forHelA and HelB in each haplotype are provided as reference points and marked with short vertical strokes. Dashed lines represent deletions. Retrotransposons are indicated by solid triangles of different colors. DNA transposons and TAFTs, which are probably also DNA transposons, are indicated by open triangles in red and orange, respectively. Small insertions are indicated in light blue and are numbered as indicated in Table 3. Only the genes have been drawn to scale.

Schnable, P. S. et al. Science 326, 1112-1115 (2009); Vielle-Calzada, J.-P. Et al. Science 326, 1078 (2009); Soderlund, C. et al. PLoS Genet. 5, e1000740 (2009); Gore, M. A. et al. Science 326, 1115-1117 (2009); Springer, N. M. et al. PLoS Genet. 5, e1000734 (2009).

bisnis online
Ikuti sains dan teknologi terkini di: Laporan Penelitian. Update via: Google+ Twitter Facebook Pinterest YouTube
Kesimpulan.com menerima konten tentang teknologi, sains, lingkungan dan bisnis dari siapa saja. Kami siap untuk publikasi dan press release. Informasi lanjut kunjungi laman ini.