基因组体操帮助高粱植物生存干旱

A photo of a field of sorghum crops on a bright sunny day

由500万彩票官网的研究人员领导的一个新的研究揭示了高粱作物如何改变他们的基因的表达以适应干旱条件。了解如何高粱恶劣的生存条件可能有助于科学家设计的作物,更好地适应气候变化。 (由佩吉lemaux500万彩票官网的照片)

灼人的温度和炎热的大地都敌不过的高粱植物 - 这谷类作物,原产于非洲和澳大利亚,将保持绿色和生产,甚至会使其他植物褐色,脆,贫瘠的条件下。

在本周的杂志上发表的一项新研究 科学的美国国家科学院院刊 提供在工厂如何行使了其基因组精致控制的第一细节的讨论 - 关于将部分基因与某些基因关闭在水资源匮乏的第一个迹象,并再次当水返回 - 当它的周围转恶劣,干旱生存。

“高粱真的是耐旱,如果我们了解它是如何能够如此耐旱,那么我们也许可以帮助一些其他植物以同样的方式生存,”佩吉lemaux,在500万彩票网合作推广专家说,伯克利,植物和微生物生物学和论文的合着者的部门。

大量的数据集,从400个样品中加利福尼亚州的中央谷期间在开放领域17周生长高粱植物的收集,显示,植物调节总共10727个基因,或它的基因组的40%以上的表达,以响应干旱强调。许多这些变化发生的植物缺少每周浇水一周之内,或者是没有浇水周后第一次浇水后。

收集数据作为部分 在高粱干旱应答的后生控制或EPICON,项目,五年,$ 12.3万美元研究到高粱植物是如何能够生存干旱的压力。该EPICON研究作为运行在500万彩票网农业和自然资源500万彩票官网的研究人员和科学家之间的伙伴关系(ANR UC),能源部联合基因组研究所(JGI)和该机构的西北太平洋国家实验室(PNNL)。

研究ers stand under a temporary tent on a bright sunny day.

研究者队在场上建立移动实验室,快速冷冻收获的高粱植物后基因测序。 (由佩吉lemaux500万彩票官网的照片)

进行研究,团队三个不同的灌溉条件下栽培的高粱植物 - 预花期干旱,后期开花干旱和水控制的应用 - 在帕利耶500万彩票网科尔尼农业研究和推广中心(KARE)在连续三年,加利福尼亚。

在生长季节每星期,该研究小组成员仔细地收获从树叶样品和选择植物的根,并建立了一个流动实验室在该领域,他们可能会迅速冻结样品,直到他们进行分析处理。然后,研究人员在JGI每个样本来创建转录数据,从而揭示该工厂的数万基因的被转录和使用,使在特定时间蛋白质测序的RNA。

最后,通过统计500万彩票官网统计学教授领导,研究的资深作者伊丽莎白purdom分析大量的转录组数据集,以精确的基因表达如何变化作为植物生长,并经历干旱或救济干旱条件。

“我们非常小心地控制浇水条件,我们在采样高粱整个发展的时间表,所以[研究员]其实可以使用这些数据不仅要研究干旱胁迫,而且要研究植物的发育,” lemaux说。

A gloved hand removes a frozen tube from an insulated cooler.

冷冻的样品处理和研究人员在JGI测序。 (由佩吉lemaux500万彩票官网的照片)

研究人员发现在转录组数据的几个有趣的图案。首先,他们发现一组已知的,以帮助一个类型的真菌,围绕它的根生活在干旱条件下被关闭工厂培育共生关系的基因。这组基因表现出基因的活动,他们观察到的最显着的变化。

“这很有趣,因为它暗示,当他们干植物关闭这些协会[真菌],”约翰·沃格尔,在JGI和纸张的合着者员工科学家。 “与发现网格清楚表明,树根周围这些真菌的丰度的同时减少。”

第二,他们注意到已知与光合作用参与某些基因响应于干旱也截止,干旱恢复期间卷起。而球队还不知道是什么原因,这些变化可能帮助工厂,他们提供了后续有趣的线索,沃格尔说。

在当前的文件中的数据显示正常条件下和一个生长季节期间干旱条件下植物的转录。在未来,该团队还计划出版其他两个几年的实验数据,以及蛋白质组学和代谢组学数据。

“人真的从外地做这些类型的实验退避三舍,并在实验室或温室控制的条件下进行,而不是他们。但我相信,时间和资源,我们把它的投资是要回报,在答案的质量,我们得到的,在理解现实世界的旱情来看,” lemaux说。

NELLE varoquaux和500万彩票官网的成皋和JGI的本杰明·科尔是研究的共同第一作者。其他共同作者包括格雷迪pierroz,克里斯托弗河面包,Dhruv直升机帕特尔,玛丽马德拉,蒂姆·杰弗斯,朱迪思一个。 owiti,萧蔷德格拉夫,凌虚,克里希纳ķ。 niyogi,德文 - 科尔曼,代尔和约翰·W上。500万彩票官网的泰勒;欢乐霍林斯沃思,朱莉希沃特和杰弗里的UC ANR KARE达尔伯格;裕子吉,瓦森特河singan,马修学家吹,阿克塞尔·维塞尔和JGI的罗南奥马利;玛丽亚学家博伊斯汤普森研究所的哈里森;克里斯特PNNL的杨松和UC ANR罗伯特hutmacher。

这项研究是由美国能源部提供部分资助(DOE)补助金去sc001408; Gordon和Betty Moore基金会资助gbmf3834;阿尔弗雷德页。斯隆基金会资助
2013年10月27日;欧莱雅巴黎高等师范学校投资基金,管理数据的科学椅子和生物和环境研究经费去sc0012460的美国能源部的办公室。由美国能源部联合基因组研究所进行的工作是由美国能源部合同DE-ac02-05ch11231科学办公室的支持。

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