Diverse combinazioni di mutazioni possono influenzare in modo imprevedibile le dimensioni dei pomodori. In questa immagine, la prima colonna mostra un pomodoro non mutato (WT). La seconda e la terza colonna mostrano pomodori con una singola mutazione in una regione del promotore (R1 o R4) per il gene della dimensione dei frutti SlCV3. Le singole mutazioni hanno scarso effetto sulla dimensione dei frutti. Ma la combinazione di queste due mutazioni (R1 + R4) produce un frutto molto più grande. Credito:laboratorio Xingang Wang/Lippman, CSHL/2021
Sia le persone che i pomodori sono disponibili in diverse forme e dimensioni. Questo perché ogni individuo ha un insieme unico di variazioni genetiche - mutazioni - che influenzano il modo in cui i geni agiscono e funzionano. Sommate insieme, milioni di piccole variazioni genetiche rendono difficile prevedere come una particolare mutazione avrà un impatto su qualsiasi individuo. Zach Lippman, professore del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) e ricercatore dell'Howard Hughes Medical Institute, hanno mostrato come le variazioni genetiche nei pomodori possono influenzare il modo in cui una specifica mutazione colpisce la pianta. Sta lavorando per essere in grado di prevedere gli effetti delle mutazioni su diverse varietà di pomodori.
In questo studio, Lippman e il suo team hanno utilizzato CRISPR, uno strumento di modifica genetica altamente accurato e mirato, su due geni del pomodoro che controllano la dimensione dei frutti, SlCV3 e SlWUS. Hanno generato oltre 60 mutanti del pomodoro rimuovendo piccoli frammenti di DNA nelle regioni del promotore, aree vicine ai geni che controllano la loro espressione. In alcuni casi, le singole mutazioni hanno leggermente aumentato le dimensioni dei pomodori. Alcune coppie di mutazioni non hanno affatto cambiato la dimensione dei frutti. Alcune combinazioni sinergiche hanno causato un drammatico e imprevedibile aumento della pezzatura dei frutti. Lippman dice:
“Il vero Santo Graal in tutto questo per l'allevamento delle colture è la prevedibilità. Se muto questa sequenza, otterrò questo effetto. Perché c'è questo mare di altre varianti che la natura ha accumulato vicino alla mutazione che stai ingegnerizzando, oltre che sparse nel genoma, molte delle quali potrebbero influenzare la specifica mutazione che stai creando."
Questa gamma di interazioni per due mutazioni qualsiasi modella le conseguenze di una singola mutazione che si verifica in diversi background genetici. L'effetto è paragonabile a quello riscontrato in alcune malattie umane, in cui alcune persone potrebbero avere determinate mutazioni preesistenti che le proteggono dalle mutazioni che causano la malattia.
Lippman e il suo team continueranno a quantificare il modo in cui le mutazioni individuali e combinate influiscono su determinati tratti delle colture. Finora, hanno misurato le interazioni tra due singole mutazioni, ma i genomi hanno milioni di variazioni. Lippman spera di studiare un numero sufficiente di interazioni misurabili per rendere l'allevamento più prevedibile ed efficiente.
Riferimento:"Dissecting cis-regulatory control of quantitative trait variazione in a plant stem cell circuit" di Xingang Wang, Lyndsey Aguirre, Daniel Rodríguez-Leal, Anat Hendelman, Matthias Benoit e Zachary B. Lippman, 12 aprile 2021, Natura Piante .
DOI:10.1038/s41477-021-00898-x
