المستحثة بيئيا توريثه التغييرات في كتان
January 26th, 2011
تزايد بعض اصناف الكتان تحت الضغط النتائج المغذيات في الاختلاف الجيني في داخل مجموعة فرعية من الجينوم والتباين المظهري. ويرتبط المجمع الإدراج في موقع معين مع النمو في ظل الأنظمة المختلفة والمواد الغذائية مع التغيرات في التعبير الجيني للتغلب على هذه المواقع.
الهدف العام من هذا الإجراء هو إظهار طريقة لزراعة صنف من الكتان المحفز في ظل ظروف تؤدي إلى تباين جيني وراثي. علاوة على ذلك ، تتم مراقبة التغيرات الجينومية ويلاحظ نمو النباتات المستحثة في الأجيال اللاحقة في ظل البيئات المختلفة. لتحقيق ذلك ، يزرع الكتان في ظل مجموعة متنوعة من الظروف المحفزة.
ثم يتم جمع أنسجة جذع الأوراق وماريس في أوقات مختلفة أثناء نمو النباتات في ظل البيئات المختلفة. بعد ذلك ، يتم عزل الحمض النووي والحمض النووي الريبي من عينات الأنسجة. تتمثل الخطوة الأخيرة من الإجراء في إجراء تفاعل البوليميراز المتسلسل باستخدام عينات الحمض النووي و Q-R-T-P-C-R باستخدام الحمض النووي الريبي المعزول لتحديد التغيرات الجينومية وتغيرات التعبير الجيني الناتجة عن النمو في ظل ظروف بيئية مختلفة.
في النهاية ، يمكن الحصول على نتائج لإظهار الاستجابة الجينومية لظروف النمو مع ظهور عنصر إدخال واحد في LIS في نقطة معينة في الجينوم واختلافات التعبير المرتبطة بوجود هذا العنصر كما هو موضح بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل و R-T-P-C-R الذي يتم إجراؤه باستخدام الحمض النووي المعزول من أنسجة النباتات المعالجة. مرحبا ، أنا كريس كول من قسم الأحياء في جامعة كيس ويسترن ريزيرف. أنا كوري جونسون من Cull Lab.
وأنا تيفاني موس ، أيضا من مختبر الإعدام. وأنا مارشال لوكاس. طالب جامعي في البرنامج الصيفي للأبحاث الجامعية في مختبر كول.
نستخدم هذا الإجراء في مختبرنا لدراسة التغيرات في الجينوم والتعبير الجيني الناتجة عن الاختلافات في بيئة النمو. لذلك دعونا نبدأ. لزراعة الكتان في ظل ظروف محفزة ، ابدأ بملء أواني بحجم خمسة بوصات بالتربة والثبات.
النبات التالي ، ثلاث بذور كتان لكل وعاء ، بعمق ربع بوصة. ثم من التربة فوق البذور لظروف التحكم غير المحفزة. سقي النباتات ب 100 مل من محلول نمو معجزة قوة 10.
عالج النباتات في ظل ظروف غذائية عالية ب 100 مل من القوة الكاملة. معجزة تنمو. أخيرا تنطبق.
فقط ماء الصنبور للنباتات منخفضة المغذيات. قم بزراعة النباتات تحت الضوء الطبيعي خلال فصل الصيف مع نمو النباتات. سقي جميع النباتات بنظام رش أوتوماتيكي مرتين يوميا لمدة خمس دقائق.
ضع ظروف النمو على النباتات مرة واحدة في الأسبوع. اجمع الأوراق في سيقان ماري على فترات أسبوعية. يتم جمع ست أوراق لاستخراج الحمض النووي ، وهناك حاجة إلى ثلاثة سيقان لاستخراج الحمض النووي الريبي بعد التجميع ، ووضع المادة النباتية في قارورة تبريد ، وتجميدها بسرعة في النيتروجين السائل وتخزين العينات عند 80 درجة مئوية تحت الصفر حتى يتم استخراجها.
تنمو الأنماط الجينية الثلاثة بمعدلات نسبية مختلفة حسب الظروف. في ظل ظروف التحكم ، تنمو عاصفة الكتان الفطرية أو خط PL بشكل أفضل. تم اشتقاق عدة خطوط من هذا الوالد مع وجود صنف كبير أو L أكثر قوة من الصنف الصغير أو S.
ومع ذلك ، تحت العناصر الغذائية المنخفضة ، ينمو S بشكل أفضل من L أو pl. وفي ظل ظروف التغذية العالية ، ينمو L بشكل أفضل من pl ، والذي ينمو بشكل أفضل قليلا من S.A تكشف مقارنة بين كل خط من الخطوط المزروعة في ظل العلاجات الثلاثة المختلفة أن PL ينمو بشكل أفضل في ظل ظروف التحكم. ينمو L بشكل أفضل في ظل ظروف المغذيات العالية ، وينمو S بالمثل في ظل كل من ظروف التغذية العالية وظروف التحكم.
تظهر هذه البيانات أنه يمكن التمييز بين الخطوط الثلاثة بناء على نموها في ظل البيئات الثلاث. بينما ينمو PL و L بشكل أفضل في بيئات محددة ، ينمو S بنفس الطريقة تقريبا في جميع الظروف الثلاثة. S غير قادر على الاستفادة من ظروف المغذيات المحسنة ، ولكنه أكثر قدرة على النمو في ظل ظروف غذائية منخفضة للغاية.
لاستخراج الحمض النووي ، أضف المخزن المؤقت ، AP واحد من Qiagen ، نبات DNEZ ، مجموعة إعداد الحمض النووي إلى ست أوراق برمل معقم في أنبوب فوج دقيق ، وطحن الأنسجة بمدقة صغيرة حتى لا تظهر أي كتل. استمر في الاستخراج باتباع تعليمات المجموعة حسب التوجيهات لبدء نقل استخراج الحمض النووي الريبي ، وثلاثة سيقان ماريس بالإضافة إلى بعض الأوراق المحيطة من قارورة تخزين بالتبريد إلى أنبوب فوج صغير. أضف الرمل المعقم إلى الأنبوب وطحن الأنسجة باستخدام مدقة صغيرة حتى يتم طحنها جيدا.
دوامة العينة لمدة 15 ثانية للمساعدة في التحلل ، ثم تدور لمدة دقيقة واحدة عند 13,000 دورة في الدقيقة لجمع الرمل وأي حطام. أضف SNAT إلى عمود الدوران واستمر في تحضير الحمض النووي الريبي وفقا لتعليمات الشركة المصنعة. بمجرد استخراج الحمض النووي الريبي من الأنسجة ، انقل 10 مخزن مؤقت XDNA عند واحد من 10 حجم عينة الحمض النووي الريبي إلى التفاعل.
وعند 30 وحدة من D Ns، احتضن التفاعل عند 37 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، متبوعا ب 70 درجة مئوية لمدة خمس دقائق. قم بإجراء النسخ العكسي باستخدام مجموعة الأنظمة الحيوية المطبقة RNA إلى CD NA. وفقا لتعليمات الشركات المصنعة و S ، احتضن التفاعل عند 37 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة ، ثم عند 95 درجة مئوية لمدة خمس دقائق.
أخيرا ، قم بتشغيل خمسة ميكرولترات من CDNA على هلام AROS بنسبة 1.5٪ لتحديد المحصول. بمجرد تحضير قرص الكتان المضغوط NA ، يتم استخدامه ل QPCR. تنفيذ QPCR باستخدام نظام A BI Step One.
قم بإجراء جميع المقايسات في ثلاث نسخ لكل تشغيل ، واستخدم التدبير المنزلي Gene Acton كعنصر تحكم في رقم النسخ لإعداد التفاعلات ل QPCR. أضف ميكرولتر واحد من زوج التمهيدي المناسب لكل أنبوب. قم بتخفيف CD NA إلى التركيز المناسب وأضف تسعة ميكرولتر إلى كل أنبوب.
أخيرا ، أضف 10 ميكرولترات من مزيج PCR الأخضر xx إلى كل أنبوب. بعد ذلك ، قم بإعداد برنامج التضخيم بعد التضخيم. احسب مستويات التعبير النسبي من رقم الدورة للعتبة ، والتي يتم تحديدها بواسطة المعلمات الافتراضية في برنامج الخطوة الأولى ويتم تأكيدها من خلال فحص منحنيات التضخيم.
يوضحتضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل من الحمض النووي ، المعزول من الأوراق في مواضع مختلفة على طول الساق ظهور نسخة واحدة 5.7 كيلو قاعدة ، أو جزء من الحمض النووي يسمى تسلسل إدخال الخط ، أو LIS واحد عندما تزرع النباتات في ظل ظروف محفزة. يظهر LIS الأول عندما يزرع PL في ظل ظروف منخفضة المغذيات ويصبح في النهاية متماثل اللواقح. هنا. تم عزل عينات الأوراق من واحد إلى ست على فترات أسبوعية مع كون العينة الأولى هي الأقدم بعد خياطة الحمض النووي ثم تم استخلاصها من العينات.
يكشف تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل عن وجود كلا المحطتين من LAS واحد في جميع العينات باستثناء الأولى. يتوافق هذا مع اختفاء الموقع الذي تم إدخاله من قبل الورقة الخامسة QPCR. تظهر النتائج أن وجود LAS واحد أو آخر من التغييرات الجينومية المرتبطة بالحث يؤثر على التعبير عن الجينات في المنطقة المجاورة مباشرة ل S واحد.
يتم التعبير عن الجينات الستة الموضحة هنا بشكل تفاضلي في PL و S أربعة من الجينات لها تعبير أعلى في pl ، والتي لا تحتوي على LIS واحد. على العكس من ذلك ، يكون للاثنان تعبير أعلى في S ، والذي يحتوي على LIS واحد ، لقد أوضحنا لك للتو كيفية زراعة خطوط الكتان المحفزة. لذلك يتغير الجينوم استجابة لبيئة النمو وخصائص نمو الأجيال اللاحقة.
عند القيام بهذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن ظروف النمو تحتاج إلى تكرار لتحريض التغييرات القابلة للتكرار. هذا كل شيء. أعلم أن الكثير منكم متشكك في هذه الظاهرة ، لكن الآن يمكنكم إعادة إنتاج الملاحظات بأنفسكم.
شكرا على المشاهدة ونتمنى لك السعادة في تجاربك.
النظرة العامة
تظهر هذه الدراسة طريقة لزراعة أصناف الكتان تحت الضغط الغذائي للحث على التنوع الجيني. يسلط البحث الضوء على العلاقة بين التغيرات الجينية المحددة والاستجابات المظهرية في نباتات الكتان.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- الوراثة النباتية
- التنوع الجيني
- التحليل المظهري
الخلفية
- تظهر أصناف الكتان استجابات نمو مختلفة تحت ظروف مغذية متفاوتة.
- يمكن أن تؤدي التغيرات الجينية إلى تغيرات مظهرية في النباتات.
- فهم هذه التغيرات يمكن أن يفيد الممارسات الزراعية.
- تركز الدراسة على دور عنصر الإدراج LIS one في تكيف النمو.
هدف الدراسة
- للتحقيق في تأثيرات الضغط الغذائي على التنوع الجيني للكتان.
- لرصد التغيرات الجينية والتعبير الجيني عبر الأجيال.
- لتحديد العناصر الجينية المحددة المرتبطة بالنمو في ظروف مختلفة.
الطرق المستخدمة
- زراعة الكتان تحت ظروف غذائية خاضعة للرقابة.
- جمع عينات من أنسجة الأوراق والسيقان للتحليل.
- عزلة الحمض النووي والحمض النووي الريبي من أنسجة النباتات.
- إجراء PCR وQ-R-T-P-C-R لتقييم التغيرات الجينية والتعبير.
النتائج الرئيسية
- تمت ملاحظة التنوع الجيني في أصناف الكتان تحت ظروف مغذية مختلفة.
- تم تحديد عنصر الإدراج LIS one كعامل رئيسي في تكيف النمو.
- أظهرت خطوط الكتان المختلفة معدلات نمو متفاوتة بناءً على توفر المغذيات.
- ارتبطت الاستجابات المظهرية بالتغيرات الجينية المحددة.
الاستنتاجات
- يمكن أن يؤدي الضغط الغذائي إلى تنوع جيني كبير في الكتان.
- فهم هذه التغيرات يمكن أن يزيد من قدرة المحاصيل على الصمود.
- تسهم النتائج في المعرفة الأوسع لآليات تكيف النباتات.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Environmentally induced heritable genomic changes in flax provide a model for understanding how stress conditions can drive stable, inheritable phenotypic and molecular variation. This system enables the interrogation of stress-responsive genomic elements and their transmission, informing predictive confidence in trait stability across generations. Such insights are strategically relevant for early discovery and translational research pipelines focused on adaptive mechanisms and epigenetic inheritance.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of stress-induced genomic elements for functional target validation.
- Supports mechanistic de-risking by linking environmental triggers to heritable genomic changes.
- Facilitates predictive confidence in trait inheritance and stability across generations.
Screening & Assay Development
- Provides a validated system for monitoring genomic and expression changes under defined conditions.
- Enables reproducible detection of insertion events and associated gene expression via PCR and QRT-PCR.
- Supports assay standardization for quantifying heritable molecular responses to environmental stress.
Translational & Preclinical Research
- Offers a model for studying the continuity of stress-induced genomic changes from discovery through preclinical validation.
- Aligns with translational biomarker strategies by linking molecular events to phenotypic outcomes.
- Informs risk-adjusted advancement decisions based on heritable trait predictability.
Pipeline & Workflow Integration
This method positions within the discovery-to-preclinical continuum, enabling hypothesis testing on environmental induction, mechanistic de-risking, and trait transmission.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on the induction and inheritance of genomic changes under stress.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative PCR-based outputs for insertion detection and gene expression profiling.
- Analytics: Provides measurable readouts for comparing genotypes and environmental responses.
- Translational Research: Bridges discovery findings to preclinical models of heritable adaptation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for studying environmentally induced heritable changes in other systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in the stability and inheritance of stress-induced genomic changes.
- Operational Value: Standardizes protocols for reproducible induction and detection of genomic events.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions based on heritable trait predictability.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of adaptive trait programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in plant molecular biology and nucleic acid analysis.
- Needs access to PCR, QRT-PCR, and sample storage infrastructure.
- Demands rigorous replication of growth conditions for reproducibility.
- May require adaptation for use in other plant or model systems.
- Dependent on the ability to monitor both genomic and expression changes in parallel.
