Olika kombinationer av mutationer kan påverka storleken på tomater oförutsägbart. I den här bilden visar den första kolumnen en omuterad (WT) tomat. Den andra och tredje kolumnen visar tomater med en enda mutation i en region av promotorn (R1 eller R4) för fruktstorleksgenen SlCV3. De individuella mutationerna har liten effekt på fruktstorleken. Men kombinationen av dessa två mutationer (R1 + R4) ger en mycket större frukt. Kredit:Xingang Wang/Lippman lab, CSHL/2021
Både människor och tomater finns i olika former och storlekar. Det beror på att varje individ har en unik uppsättning genetiska variationer - mutationer - som påverkar hur gener fungerar och fungerar. Tillsammans gör miljontals små genetiska variationer det svårt att förutsäga hur en viss mutation kommer att påverka en individ. Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) Professor och Howard Hughes Medical Institute-utredare Zach Lippman visade hur genetiska variationer i tomater kan påverka hur en specifik mutation påverkar växten. Han arbetar för att kunna förutsäga effekterna av mutationer på olika tomatsorter.
I den här studien använde Lippman och hans team CRISPR, ett mycket exakt och riktat genredigeringsverktyg, på två tomatgener som styr fruktstorleken, SlCV3 och SlWUS. De genererade över 60 tomatmutanter genom att ta bort små bitar av DNA i promotorregionerna, områden nära generna som kontrollerar deras uttryck. I vissa fall ökade individuella mutationer storleken på tomaterna med en aning. Vissa par av mutationer ändrade inte fruktstorleken alls. Några få synergistiska kombinationer orsakade en dramatisk, oförutsedd ökning av fruktstorleken. Lippman säger:
"Den verkliga heliga gralen i allt detta för växtförädling är förutsägbarhet. Om jag muterar den här sekvensen kommer jag att få den här effekten. Eftersom det finns ett hav av andra varianter som naturen har samlat i närheten av den mutation som du konstruerar, såväl som utspridda i genomet, av vilka många kan påverka den specifika mutationen du skapar.”
Detta interaktionsintervall för två mutationer modellerar konsekvenserna av en enda mutation som inträffar i olika genetiska bakgrunder. Effekten är jämförbar med den som finns i vissa mänskliga sjukdomar, där vissa människor kan ha vissa redan existerande mutationer som skyddar dem från sjukdomsalstrande mutationer.
Lippman och hans team kommer att fortsätta att kvantifiera hur individuella och kombinerade mutationer påverkar vissa grödans egenskaper. Hittills har de mätt interaktioner mellan två individuella mutationer, men genom har miljontals variationer. Lippman hoppas kunna studera tillräckligt med mätbara interaktioner för att göra avel mer förutsägbar och effektiv.
Referens:"Dissecting cis-regulatory control of quantitative trait variation in a plant stamcell circuit" av Xingang Wang, Lyndsey Aguirre, Daniel Rodríguez-Leal, Anat Hendelman, Matthias Benoit och Zachary B. Lippman, 12 april 2021, Nature Växter .
DOI:10.1038/s41477-021-00898-x
