7:20 ص
البيولوجيا -
كتب الزراعة
Title: Plant Genomics and Proteomics :
Author(s): Christopher A. Cullis
لقد أحرز علم الجينوم النباتي تقدمًا كبيرًا في السنوات الأخيرة، مما مكن الباحثين من تحديد الجينات والمناطق الجينومية المسؤولة عن نمو النبات وتطوره واستجابته للإجهاد. يجمع هذا العدد الخاص من علم الجينوم النباتي لعام 2019 بين 57 ورقة بحثية تقدم رؤى حول جوانب مختلفة من علم الجينوم النباتي، بما في ذلك اكتشاف الجينات، وتحديد مواقع السمات الكمية (QTL)، والتنبؤ الجينومي، وتحرير الجينوم، وتسلسل جينوم البلاستيدات الخضراء النباتية والتحليل المقارن، وتحليل microRNA، وعلم الجينوم المقارن.
تم استخدام نهج بحثي شامل يجمع بين المعلوماتية الحيوية وتحليل النسخ على نطاق واسع في هذه الدراسات لتحديد الجينات استجابةً لمختلف الضغوط الحيوية وغير الحيوية . يتضمن النهج تحديد عائلات الجينات المدروسة على مستوى الجينوم من الجينومات المرجعية وتعليقاتها، وتحليلات المعلوماتية الحيوية للجينات المحددة مثل توزيع الكروموسومات، وبنية الجينات، والتشابه والتكرار، وتحليل المجالات والأنماط المحفوظة، والتحليل النشوئي؛ و تحليل ملف التعبير لأنسجة مختلفة في مراحل نمو مختلفة تحت معالجات إجهاد مختلفة باستخدام بيانات النسخ من تسلسل Illumina RNA-Seq و/أو تحليل تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الفعلي، وإسكات الجينات استجابةً للصفات المدروسة.
باستخدام هذا النهج، في 22 ورقة بحثية، تمت دراسة عائلات جينية مختلفة تم الإبلاغ عنها لتحديد الجينات استجابةً للإجهاد غير الحيوي، ونضج الثمار، وتطور البذور، وإنتاج البذور، وتطور حبوب اللقاح في أكثر من 12 نوعًا، مثل الطماطم والقمح والأوكالبتوس جرانديس ونيكوتيانا تاباكوم والعنب وعربيدوبسيس وسولانوم ليكوبيرسيكوم والكسافا وبراسيكا رابا وجوسيبيوم هيرسوتوم ودخن ذيل الثعلب والبطيخ. تشمل عائلات الجينات ديوكسيجيناز المعتمد على 2-أوكسوغلوتارات (2OGD)، وأوكسيديز/نازعة هيدروجين السيتوكينين (CKX)، وكيناز البروتين المعتمد على الكالسيوم (CPK)، وكاريوفيرين β، وVQ، وأكوابورين، وحمض الجبرلين المحفز بعربيدوبسيس (GASA)، وعامل النسخ YABBY، وعامل النسخ في مجال B3، وبولي غالاكتوروناز (PG) وميثيل إيستراز البكتين (PME)، وعامل النسخ MADS-box، وعامل النسخ WRKY، وعامل النسخ المتفرع من 1/سيكلويديا/المتكاثر (TCP)، وبيروكسيديز الفئة الثالثة (POD)، وعائلة هيدرولاز الجليكوسيد 1 β-جلوكوزيداز، وعامل تحرير الحمض النووي الريبي، وفوسفاتيز البروتين (PP2C)، وLIM، وكيناز إشارات البراسينوستيرويد (BSK)، وتشالكون سينثاز (CHS).
microRNAs (miRNAs) هي جزيئات RNA صغيرة تلعب أدوارًا تنظيمية مهمة في التعبير الجيني. استكشفت ورقتان بحثيتان دور miRNAs في أنواع نباتية مختلفة. طورت الورقة الأولى نظامًا أوليًا صناعيًا لـ miRNA سمح بالاستنساخ الفعال وإسكات الجينات في نبات أرابيدوبسيس والأرز. يمكن أن يكون هذا النظام أداة قيمة لدراسات الجينوم الوظيفية في هذه المحاصيل . حددت الورقة الثانية ووصفت miRNAs في البذور النامية لبذور الكتان، وهو محصول بذور زيتية مهم . أظهرت النتائج أن miRNAs تلعب أدوارًا مهمة في نمو البذور ويمكن استهدافها لتحسين المحاصيل. بشكل عام، تساهم هذه الدراسات في فهمنا للأدوار التنظيمية لـ miRNAs في نمو النبات وتطوره وتقترح تطبيقات محتملة لتحسين المحاصيل.
تم استخدام GWAS على نطاق واسع لتحديد QTLs أو نيوكليوتيدات السمات الكمية (QTNs) المرتبطة بالسمات المهمة في النباتات. كان أحد الأوراق البحثية المثيرة في هذا العدد حول الشبكات النمطية لنتائج دراسات ارتباط الجينوم الكامل لتباين السيترولين المرتبط بتدجين البطيخ . حددت هذه الورقة المناطق الجينومية التي تتحكم في تخليق السيترولين، وهو حمض أميني غير بروتيني يلعب دورًا حيويًا في جودة ثمار البطيخ وقيمته الغذائية. استخدم المؤلفون مزيجًا من رسم الخرائط الارتباطية على مستوى الجينوم وتحليل الشبكة القائمة على النمط النمطي للكشف عن الأساس الجيني لتباين السيترولين في البطيخ البري والمستأنس. لم تقدم هذه الدراسة رؤى حول تاريخ تدجين البطيخ فحسب، بل كشفت أيضًا عن إمكانية استخدام الأدوات الجينومية لتحسين الجودة الغذائية للمحاصيل.
أحد الموضوعات الرئيسية لهذا العدد الخاص هو تطبيق الأدوات الجينومية لتحسين المحاصيل. على سبيل المثال، توضح الأوراق البحثية حول القمح والكتان والأرز والطماطم فعالية التنبؤ الجينومي والاختيار بمساعدة العلامات لتحسين الغلة وتحمل الملح ونضج الثمار. ركزت ورقتان بحثيتان في هذا العدد على التنبؤ الجينومي بالصفات الزراعية ومعايير الغلة من خلال العلامات الجزيئية وQTLs في القمح والكتان . على سبيل المثال، أفادت ورقة بحثية عن التنبؤ الجينومي بغلة الحبوب والصفات المرتبطة بالغلة في قمح الشتاء الصيني بدقة عالية في التنبؤ الجينومي للعديد من الصفات الزراعية، بما في ذلك غلة الحبوب وارتفاع النبات وطول السنبلة . بالإضافة إلى ذلك، تُظهر الورقة البحثية حول تحسين تحمل الملح في الأرز كيف يمكن الجمع بين الاختيار بمساعدة علامة SNP والتربية السريعة لتطوير أصناف جديدة وأكثر مرونة من هذا المحصول الأساسي المهم بسرعة
لقد أحدثت تقنيات تحرير الجينوم مثل CRISPR/Cas9 ثورة في مجال جينوم النبات وزودت الباحثين بأدوات قوية لتعديل جينومات النبات بدقة. في هذا العدد الخاص، تقدم إحدى أوراق المراجعة نظرة عامة شاملة على الوضع الحالي لتحرير الجينوم بوساطة CRISPR/Cas9 في النباتات، بما في ذلك تطوير أنظمة توصيل فعالة، والطفرات المستهدفة، واستبدال الجينات. كما يناقش المؤلفون التحديات والآفاق المستقبلية لتحرير الجينوم بوساطة CRISPR/Cas9 في النباتات.
كما تسلط الأوراق في هذا العدد الضوء على أهمية علم الجينوم المقارن في فهم تطور الأنواع النباتية. من خلال مقارنة جينومات الأنواع النباتية المختلفة، يمكن للباحثين تحديد عائلات الجينات المحفوظة والعناصر التنظيمية التي تم الحفاظ عليها عبر فترات طويلة من الزمن التطوري. وقد أدى هذا النهج إلى اكتشاف عائلات جينية جديدة تشارك في نمو النبات والتكيف مع الضغوط البيئية. على سبيل المثال، تمت مقارنة الجينومات الكاملة للبلاستيدات الخضراء لنبات Punica granatum وسبعة أنواع طبية من نبات Aristolochia لاكتساب رؤى حول تطور هذه الأنواع . يمكن أن يزيد الجينوم الكامل للبلاستيدات الخضراء بشكل كبير من القدرة على التمييز بين الأنواع وحل العلاقات التطورية في أشجار البلوط (Quercus L., Fagaceae) .
باختصار، تغطي الأوراق البحثية السبع والخمسون في هذا العدد الخاص من Plant Genomics 2009 مجموعة واسعة من المواضيع في علم جينوم النبات، وتسلط الضوء على التقدم الكبير الذي تم إحرازه في السنوات الأخيرة في فهم علم الوراثة وعلم الجينوم لنمو النبات وتطوره واستجابته للإجهاد. توفر هذه الدراسات رؤى قيمة حول التطبيقات المحتملة للأدوات والتقنيات الجينومية لتحسين المحاصيل والزراعة المستدامة، فضلاً عن الأسئلة الأساسية حول تطور ووظيفة جينات وجينومات النبات
ليست هناك تعليقات: