一个新的整体的遗传学和植物育种方法

一组研究人员发现了一种新方法谷类植物育种,考虑植物种子的内部“计算器”,使得他们不断重组(全球一致性)。方法包括不可预见的和意想不到的变化在植物转基因植物育种者。研究人员预计,该方法可以用来改善世界作物更有效率。

这项研究是由哥本哈根大学的食品科学学系(UCPH食品)与名誉教授Lars Munck协调员和建立在早期工作自1963年以来Svalof植物育种研究所和嘉士伯实验室。

一个完整的有机体

研究表明,借助一个快速、非破坏性和绿色分析方法,近红外光谱(NIRS),我们可以获得一个全球概述这镜子整个大麦谷物化学成分的营养是改变,例如,通过一个单一的基因突变。这与当前的传统植物育种,在你没有的概述的所有更改大麦谷物经历当单个基因被修改。

Munck拉尔斯和他的团队研究了大麦谷物从不同大麦线使用近红外光谱(NIRS)。在一瞬间,这个方法可以提供一个“化学指纹”(见下文)的大麦谷物,它描述了chemical-physical组成的谷物,包括营养。研究者分析了由此产生的完整的光谱进行比较并校准大麦行已知成分的使用数学(化学计量学)。

“我们很惊讶的化学指纹精密的特质,近红外线光谱的谷物。同时,我们惊讶的发现我们有相同的分类结果如果我们使用二级营养/代谢物由一个更复杂的测量方法称为气相色谱质谱的化学指纹图谱。使用两种不同类型的分析和完全不同的是,我们到达同样的分类结果,”Lars Munck并继续解释道:

“这是相干简而言之——所有当地的指纹是植物的自组织网络的一部分,影响植物的整体全球chemical-physical指纹。”

大麦的线路检查发现有更高的内容必需氨基酸赖氨酸相比正常的大麦。赖氨酸的含量高使良好的增长与猪饲养研究,但收益率在这个领域是可怕的和淀粉含量较低。

”通过分析high-lysine大麦线交叉高淀粉大麦行带来高收益,我们可以使用的测量检测指纹选择行高赖氨酸和淀粉含量,从而给更高的收益率。与此同时,全球一致性也允许我们获得知识遗传特征的最佳组合为一个特定的质量的目的,“Munck拉斯解释说,他相信,这是一个激进的进步相比,今天的植物育种,是集中在一个gene-chemical特征组合。

“有一个更全面的方法所允许的检测方法,我们可以检查不同植物的化学指纹整体线条,并迅速获得什么材料可用,因此目标的概述和从变量选择线交叉池高质量校准到有趣的标记线”Lars Munck说。

全球一致性的内在自我组织

纪律的植物育种,基因型的人们说话,描述了植物遗传物质的表型,描述了特征可以直接观察到的或可以测量化学,因此可以使用技术特征。

当使用NIRS表现型的方法是改变植物育种过程的顺序先筛选不同的大麦行所有的化学性质由指纹。这是通过校准已知大麦线有一个或多个所需的化学性质(例如,高淀粉含量)。最后只有当您选择最佳的大麦,你做深入的基因改变。当搜索整个有机体的表达式,利用指纹检测技术提供了一个更微妙的结果,允许您检查有机体的整体化学而不是单独检查每个基因的组合。因为一致性保证所有个体的指纹方面沟通你可以从不同的指纹管理全球组合头寸。

”新方法,我们关闭了大型知识差距存在于遗传基因型和表型之间的关系。现在分子生物学将最终有一个出口的令人印象深刻的主要基因的函数库,在总贡献的结果改变了基因的功能植物可以作为一个整体来研究,”Lars Munck并继续说:

“分子生物学有遗传疾病的解决方案至关重要,阻力和疫苗针对疾病。但在这个成功的故事,我们忘记了它不是基因的生物单位,但它是自我组织的个人,使用其内部“计算器”组织内部交互一致性精确和可重复,“Munck拉尔斯说。

研究人员称之为交互,大麦谷物所示使用NIRS指纹和他们认为可以被转移到所有生物,全球一致性。

“当变化发生在一个或几个植物的基因或环境中,化学和整个生物体的implicite形态学变化与植物吾本身来获得一个新的一致的平衡点。这统一的力量,连贯性,以前定义的光束之间的物理和原子非生物物质和我们现在在生物学宏观化学指纹图谱,发现相干,我们称之为全球一致性。它解释了生活物质可以复制到可辨认的个人,”Lars Munck解释道。

引入宏观化学指纹图谱一致性的重要性在物理形态结构与化学生物学,坐标是一个基本的发现和高度简化补充分子遗传深入的理解基因表达。

参考:Munck L, Rinnan A、B Khakimov Jespersen BM, Engelsen某人生理遗传学改革:衔接连贯的化学指纹genome-to-phenome差距——全球协调人。趋势植物科学。2021;26 (4):324 - 337。doi:10.1016 / j.tplants.2020.12.014

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