Milieuvriendelijk Induced erfelijke veranderingen in de Flax
January 26th, 2011
Groeiende aantal vlas variëteiten onder voedingsstoffen stress resulteert in genomische variatie binnen een subset van het genoom en fenotypische variatie. Een complex plaatsing op een bepaalde locatie wordt geassocieerd met de groei onder verschillende voedingsstoffen regimes en met veranderingen in genexpressie rond deze site.
Het algemene doel van deze procedure is om een methode te demonstreren voor het kweken van een induceerbare vlasvariëteit onder omstandigheden die erfelijke genomische variatie resulteren. Bovendien worden genomische veranderingen gemonitord en wordt de groei van de geïnduceerde planten in volgende generaties waargenomen onder de verschillende omgevingen. Om dit te bereiken, wordt vlas gekweekt onder verschillende inducerende omstandigheden.
Blad- en Maris-stengelweefsel wordt vervolgens verzameld op verschillende tijdstippen tijdens de groei van de planten onder de verschillende omgevingen. Vervolgens worden DNA en RNA geïsoleerd uit de weefselmonsters. De laatste stap van de procedure is om PCR uit te voeren met behulp van de DNA-monsters en Q-R-T-P-C-R met behulp van het geïsoleerde RNA om genomische veranderingen en veranderingen in genexpressie te identificeren die het gevolg zijn van groei onder verschillende omgevingsomstandigheden.
Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen om de genomische respons op groeiomstandigheden te laten zien met de verschijning van het LIS een insertie-element op een specifiek punt in het genoom en expressieverschillen geassocieerd met de aanwezigheid van dat element, zoals gevisualiseerd door PCR en R-T-P-C-R uitgevoerd met nucleïnezuur geïsoleerd uit de weefsels van behandelde planten. Hallo, ik ben Chris Cull van het Department of Biology aan de Case Western Reserve University. Ik ben Cory Johnson van het Cull Lab.
En ik ben Tiffany Moss, ook van het Cull Lab. En ik ben Marshall Lucas. Een bachelor in het zomerprogramma voor bacheloronderzoek bij Cull Lab.
We gebruiken deze procedure in ons laboratorium om veranderingen in het genoom en genexpressie te bestuderen die het gevolg zijn van variaties in de groeiomgeving. Dus laten we beginnen. Om vlas onder inducerende omstandigheden te laten groeien, begint u met het vullen van vijf-inch potten met aarde en verdichten.
Plant vervolgens drie vlassad per pot, een kwart inch diep. Bedek vervolgens de grond over de zaden voor de niet-inducerende controleomstandigheden. Geef de planten water met 100 milliliter van een tiende kracht mirakelgro-oplossing.
Behandel de planten onder hoge voedingsomstandigheden met 100 milliliter van volledige kracht. Mirakel groeien. Tot slot toepassen.
Alleen kraanwater op de laagvoeding planten. Laat de planten groeien onder natuurlijk licht tijdens de zomer terwijl de planten groeien. Geef alle planten water door een automatisch sproeiersysteem twee keer per dag gedurende vijf minuten.
Pas de groeiomstandigheden een keer per week toe op de planten. Verzamel de bladeren in mari-stengels op wekelijkse intervallen. Zes bladeren worden verzameld voor DNA-extractie, en drie me-stengels zijn nodig voor RNA-extractie na verzameling, plaats het plantmateriaal in een cryo-vial, bevries het snel in vloeibare stikstof en bewaar de monsters bij min 80 graden Celsius tot extractie.
De drie genotypen groeien met verschillende relatieve snelheden, afhankelijk van de omstandigheden. Onder controleomstandigheden groeit de inteelt vlasvariëteit storm of de PL-lijn het beste. Er werden verschillende lijnen afgeleid van deze ouder met een grote of L-variëteit die krachtiger is dan de kleine of S-variëteit.
Echter, onder lage voedingsstoffen groeit S beter dan L of PL. En onder hoge voedingsvoorwaarden groeit L beter dan PL, die alleen iets beter groeit dan S. Een vergelijking tussen elk van de lijnen die onder de drie verschillende behandelingen zijn gekweekt, toont aan dat PL het beste groeit onder controleomstandigheden. L groeit het beste onder hoge voedingsomstandigheden, en S groeit soortgelijk onder zowel hoge voedings- als controleomstandigheden.
Deze gegevens laten zien dat de drie lijnen kunnen worden gedifferentieerd op basis van hun groei onder de drie omgevingen. Terwijl PL en L beter groeien onder specifieke omgevingen, groeit S ongeveer hetzelfde in alle drie de omstandigheden. S is niet in staat om te profiteren van verbeterde voedingsomstandigheden, maar kan beter groeien onder zeer lage voedingsomstandigheden.
Voor DNA-extractie voegt u buffer, AP een van de Qiagen, DNEZ-plant, DNA-voorbereidingskit toe aan zes bladeren met steriele zand in een microfugebuis, maal het weefsel met een micropestel tot er geen klonten meer zichtbaar zijn. Ga door met de extractie door de instructies van het kit volgen zoals aangegeven om te beginnen met RNA-extractie overdracht, drie maris-stengels plus enkele omringende bladeren van een opslagcryovial naar een microfugebuis. Voeg steriele zand toe aan de buis en maal het weefsel met een micropestel tot het fijngemalen is.
Vortex het monster gedurende 15 seconden om de lysis te bevorderen, draai vervolgens een minuut bij 13.000 RPM om zand en eventueel puin te verzamelen. Voeg de SNAT toe aan de spinkolom en ga door met RNA-voorbereiding volgens de instructies van de fabrikant. Zodra het RNA uit het weefsel is geëxtraheerd, brengt u 10 XDNA-buffer bij één tiende van het RNA-monstervolume over naar de reactie.
En bij 30 eenheden van D Ns, incubeer de reactie bij 37 graden Celsius gedurende 30 minuten, gevolgd door 70 graden Celsius gedurende vijf minuten. Voer reverse transcriptie uit met behulp van de Applied Biosystems RNA naar cDNA-kit. Volg de instructies van de fabrikant en S, incubeer de reactie bij 37 graden Celsius gedurende een uur en vervolgens bij 95 graden Celsius gedurende vijf minuten.
Ten slotte draait u vijf microliters van de CDNA op een 1,5% AROS-gel om de opbrengst te bepalen. Zodra het vlas-CD NA is voorbereid, wordt het gebruikt voor QPCR. Voer QPCR uit met behulp van een A BI Step one-systeem.
Voer alle assays in drievoud uit voor elke run en gebruik het housekeeping Gene Acton als een kopienummercontrole om de reacties voor QPCR voor te bereiden. Voeg één microliter van het juiste primerpaar toe aan elke buis. Verdun de CD NA tot de juiste concentratie en voeg negen microliter toe aan elke buis.
Ten slotte voegt u 10
Overzicht
Deze studie demonstreert een methode voor het kweken van vlasvariëteiten onder nutriëntenstress om genomische variatie te induceren. Het onderzoek benadrukt de associatie tussen specifieke genomische veranderingen en fenotyische reacties in vlasplanten.
Belangrijke Studie Componenten
Wetenschapsgebied
- Plant Genetica
- Genomische Variatie
- Fenotypische Analyse
Achtergrond
- Vlasvariëteiten vertonen verschillende groeireacties onder verschillende nutriëntencondities.
- Genomische variaties kunnen leiden tot fenotyische veranderingen in planten.
- Het begrijpen van deze variaties kan landbouwpraktijken informeren.
- De studie richt zich op de rol van het LIS one insertie-element in groeiaanpassing.
Doel van het Onderzoek
- Om de effecten van nutriëntenstress op genomische variatie in vlas te onderzoeken.
- Om genomische en genexpressieveranderingen door generaties heen te monitoren.
- Om specifieke genomische elementen te identificeren die geassocieerd zijn met groei onder verschillende omstandigheden.
Gebruikte Methoden
- Vlas kweken onder gecontroleerde nutriëntencondities.
- Verzamelen van blad- en stengelweefselmonsters voor analyse.
- Isoleren van DNA en RNA uit plantweefsels.
- Uitvoeren van PCR en Q-R-T-P-C-R om genomische en expressieveranderingen te beoordelen.
Belangrijkste Resultaten
- Genomische variatie werd waargenomen in vlasvariëteiten onder verschillende nutriëntencondities.
- Het LIS one insertie-element werd geïdentificeerd als een sleutelfactor in groeiaanpassing.
- Verschillende vlaslijnen vertoonden verschillende groeisnelheden op basis van nutriëntenbeschikbaarheid.
- Fenotypische reacties waren gekoppeld aan specifieke genomische veranderingen.
Conclusies
- Nutriëntenstress kan significante genomische variatie in vlas induceren.
- Het begrijpen van deze variaties kan de veerkracht van gewassen verbeteren.
- De bevindingen dragen bij aan de bredere kennis van plantenaanpassingsmechanismen.
Veelgestelde Vragen
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.
