Een studie uitgevoerd aan de Staatsuniversiteit van Campinas (UNICAMP) in Brazilië heeft weesgenen geïdentificeerd in wilde suikerriet (Saccharum spontaneum), een soort met uitzonderlijke weerstand tegen biotische stress zoals nematoden, schimmels, bacteriën en andere plagen en ziekten, en abiotische stress zoals kou, droogte, zoutgehalte en voedingsarme grond.

Volgens een artikel over de studie gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Plant Science , waren de verantwoordelijke wetenschappers erop uit om te zien of de weesgenen in S. spontaneum een ​​significante rol speelden in de stressresistentie-eigenschappen.

Alle levende wezens hebben genen die sterk lijken op die van het genoom van andere organismen. Planten delen bijvoorbeeld de genen die betrokken zijn bij fotosynthese. Aan de andere kant hebben de meeste organismen ook wees- of afstammingsspecifieke genen.

Weesgenen worden gevonden in een bepaalde taxonomische groep zonder significante sequentieovereenkomst met genen uit andere lijnen. Ze worden om deze reden soms taxonomisch beperkte genen genoemd.

Vogels hebben bijvoorbeeld enkele genen die sterk verschillen van die van zoogdieren. Recent onderzoek heeft aangetoond dat zelfs organismen van nauw verwante soorten die tot hetzelfde geslacht behoren, genen kunnen hebben die niet door andere soorten worden gedeeld.

De onderzoekers waren geïnteresseerd in S. spontaneum vanwege kenmerken zoals eerdere duplicatiegebeurtenissen van het hele genoom die resulteerden in meerdere kopieën van hetzelfde gen. Wetenschappelijk bewijs suggereert dat weesgenen hun oorsprong kunnen vinden in kopieën van reeds bestaande genen waarvan de sequenties in de loop van de tijd veranderen als gevolg van mutaties en uiteindelijk volledig verschillen van de originele sequenties.

Een andere mogelijke verklaring voor de oorsprong van weesgenen zou de reorganisatie kunnen zijn van genomische regio's die niet coderen voor genen, vaak gezien in organismen met complexe genomen, zoals suikerriet.

"In de studie hebben we delen van het genoom van S. spontaneum geïdentificeerd die geen overeenkomsten hebben met genen in enig ander organisme. We denken dat ze verantwoordelijk kunnen zijn voor fysiologische eigenschappen of eigenschappen die eigen zijn aan de soort," zei Cláudio Benício Cardoso-Silva, eerste auteur van het artikel. Hij voerde het project uit als postdoctoraal onderzoek bij UNICAMP's Centre for Molecular Biology and Genetic Engineering (CBMEG).

"Terwijl deze planten evolueerden, kwamen sommige genen in meer of mindere mate tot expressie als reactie op verschillende soorten abiotische stress, met name koude. Dit kan betekenen dat ze worden gereguleerd als gevolg van deze stress," zei Cardoso-Silva, wiens postdoctorale onderzoek werd begeleid door Anete Pereira de Souza, hoogleraar plantengenetica aan het Instituut voor Biologie van UNICAMP en laatste auteur van het artikel.

De onderzoekers geloven niet dat ze categorisch kunnen concluderen dat de weesgenen die ze identificeerden de plant stresstoleranter maken op basis van de resultaten van het onderzoek. "Maar het feit dat ze worden gereguleerd onder stressvolle omstandigheden, dient als een waarschuwing voor de mogelijkheid dat ze een belangrijke rol kunnen spelen in deze processen", zei hij.

De volgende stap zal zijn om te experimenteren met planten die onderhevig zijn aan verschillende soorten stress om te onderzoeken hoe weesgenen zich gedragen in termen van expressie in vergelijking met niet-gestresste planten. Zodra de beste kandidaat-genen zijn bevestigd, kunnen biotechnologische toepassingen waarbij ze in commercieel waardevolle planten worden ingebracht, worden bestudeerd, wat in de toekomst leidt tot de mogelijkheid om suikerrietvariëteiten te ontwikkelen die beter bestand zijn tegen milieudruk.

"We hebben deze mogelijkheid in de schijnwerpers gezet voor iedereen die de gegevens in het artikel wil gebruiken om het onderzoek voort te zetten, of voor wetenschappers die werken met gentransformatie en -bewerking, wat een ander onderzoeksgebied is, om een ​​of twee genen als kandidaten te kiezen en doe de validatie", zegt Cardoso-Silva, die blijft werken met genomica aan de Staatsuniversiteit van Noord-Rio de Janeiro (UENF). "Mijn huidige onderzoek richt zich op het evolutionaire aspect van genfamilie-uitbreiding," legde hij uit.

"Vandaag hebben we CRISPR [de techniek voor het bewerken van genen], die biotech-professionals een kans biedt om genen te selecteren voor tolerantie van droogte, zoutgehalte, kou of hitte in een tijd waarin veerkracht van gewassen met minder input van het grootste belang is," zei Souza. + Verder verkennen

Genfusie als belangrijk mechanisme om nieuwe genen te genereren in Oryza-genomen