研究揭示了数百个基因在海藻的函数

基因包含所有有机体的指令需要生活,成长,繁殖。但识别基因和学习是两回事。科学家不知道什么样的指令多少基因包含——他们的函数是未知的。

一个新的研究由加州大学河滨分校,普林斯顿大学和斯坦福大学发现了数以百计的藻类基因的功能,其中一些也存在于植物。成就将有助于转基因藻类生物燃料生产和开发农作物品种能够承受气候变化。

“植物和藻类遗传学是可以理解的。这些生物的食物、燃料、材料、和现代社会依靠药物,但是我们有一个可怜的理解它们是如何工作的,这使得工程一项艰巨的任务,”罗伯特·Jinkerson通讯作者说的助理教授在加州大学河滨分校化学和环境工程。“了解更多关于生物学的一种常见方法是影响生物的变异基因,然后看看。通过将生物学我们可以看到它是如何工作的。”

研究人员利用藻突变体和自动化工具来执行实验,生成数百万数据点。分析这些数据集允许研究人员学习数以百计的糟糕的功能作用的特征基因,发现许多新功能之前所知的基因。这些基因在光合作用的角色,DNA损伤反应,热应激反应,有毒化学物质,反应和应对藻捕食者。

一些他们发现藻类的基因与植物相同的角色,表明藻类数据可以帮助科学家们了解这些基因功能的植物。

自动化方法快速分析成千上万的突变体,称为高通量方法,通常用于理解基因功能在全基因组范围内模型系统,如酵母和细菌。这是更快和更有效的比单独研究每个基因。高通量方法在农作物不工作很好,但是,由于他们的更大的规模和难度分析成千上万的植物。

研究人员因此使用高通量机器人产生超过65000突变体的衣藻reinhardtii,一个单细胞绿藻植物和容易改变基因密切相关。他们受到突变体121种不同的治疗方法,导致1680万数据点的数据集。每个突变都有一个独特的DNA条形码的团队可以读,看看突变体在一个特定的环境压力条件。

组发现的新基因功能的数百个基因。例如,他们发现一个基因广泛遍布多细胞生物帮助修复受损的DNA。另一个38基因中断时,利用光的能源问题引起的,表明这些基因影响了光合作用。

另一个集群的基因有助于藻类过程二氧化碳,第二个光合作用的至关重要的一步。其他集群影响细毛,或纤毛,藻类使用游泳。这一发现可能导致更好的理解一些人类肺癌和食管癌,可能部分由于纤毛蠕动不良引起的。

一种新发现的基因簇藻类毒素,抑制细胞骨架增长保护。这些基因也存在于植物,这一发现可能有助于科学家开发出植物生长,甚至在一些受污染的土壤。

许多基因的功能中发现的藻类植物也是守恒的。这些信息可以用来工程师植物更宽容的热或冷压力、温度应力,或提高光合作用,所有这一切将变得越来越重要,因为气候变化威胁世界粮食供应。

更好的理解海藻遗传学也将提高工程策略让他们生产更多的产品,如生物燃料。

”生成的数据和知识在这项研究中已经被用于工程师藻类赚更多的生物燃料,改善作物的环境压力宽容,“Jinkerson说。

参考:大西Fauser F, Vilarrasa-Blasi J, M,等。基因功能的系统描述光合藻类衣藻reinhardtii。Nat创。2022年。doi:10.1038 / s41588 - 022 - 01052 - 9。

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