دانشمندان ژن هایی را برای رشد گوجه فرنگی و بادمجان بزرگتر کشف کردند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، گوجه‌فرنگی‌ها و بادمجان‌های بزرگ‌تر و خوشمزه‌تر به لطف دانشمندان جانز هاپکینز که ژن‌هایی را کشف کرده‌اند که میزان رشد میوه‌ها را کنترل می‌کنند، به زودی می‌توانند بشقاب‌های شام ما را زیبا کنند.

این تحقیق که توسط تیم‌هایی در دانشگاه جان هاپکینز و آزمایشگاه Cold Spring Harbor هدایت می‌شود، می‌تواند منجر به توسعه گونه‌های جدیدی از گوجه‌فرنگی و بادمجان‌های موروثی شود، از جمله آنهایی که به حمایت از کشاورزی در مناطقی در سراسر جهان کمک می‌کنند که در حال حاضر گونه‌های محلی برای تولید در مقیاس بزرگ بسیار کوچک هستند. یافته‌ها امروز در مجله Nature منتشر شد.

نکات کلیدی

محققان ژن‌های جدیدی را در گوجه‌فرنگی و بادمجان کشف کردند که کنترل تعداد حفره‌های دانه (لوکول) را کنترل می‌کند.

با استفاده از تکنیک‌های مهندسی ژنتیک دقیق، محققان می‌توانند این ژن‌ها را هدف قرار دهند و گیاهانی با میوه‌های بزرگتر پرورش دهند.

مایکل شاتز (Michael Schatz)، ژنتیک دان دانشگاه جانز هاپکینز که روی پروژه ژنوم انسانی تلومر به تلومر کار می‌کرد، می‌گوید: زمانی که ویرایش ژن را انجام دادید، فقط یک دانه برای شروع یک انقلاب لازم است. "با تاییدیه‌های مناسب، ما می‌توانیم یک بذر مهندسی شده را به آفریقا یا هر جایی که مورد نیاز است پست کنیم و بازار‌های کشاورزی کاملاً جدیدی را باز کنیم. پتانسیل بسیار زیادی برای تبدیل این پیشرفت‌ها به تاثیر در دنیای واقعی وجود دارد. 

این تحقیق بخشی از یک تلاش بزرگتر برای نقشه برداری از ژنوم کامل ۲۲ محصول در جنس شب بو است که شامل گوجه فرنگی، سیب زمینی و بادمجان است.

محققان با استفاده از تجزیه و تحلیل محاسباتی، نقشه‌های ژنوم را مقایسه کردند و چگونگی تکامل ژن‌ها را در طول زمان ردیابی کردند: محققان دریافتند که بیش از نیمی از آنها در گذشته تکرار شده‌اند.

هنگامی که ویرایش ژن را انجام دادید، تنها چیزی که لازم است یک دانه برای شروع یک انقلاب است.

شاتز می‌گوید: در طی ده‌ها میلیون سال، توالی‌های DNA پیوسته اضافه و گم می‌شوند. همان فرآیند می‌تواند برای توالی‌های ژنی اتفاق بیفتد، جایی که کل ژن‌ها تکثیر یا ناپدید می‌شوند. وقتی شروع به جست‌و‌جو کردیم، متوجه شدیم که این تغییرات بسیار گسترده است، اما ما هنوز نمی‌دانستیم که این تغییرات چه معنایی برای گیاهان دارد.

برای کشف این موضوع، همکاران موسسه Boyce Thomson از فناوری ویرایش ژن CRISPR-Cas۹ برای تغییر یک یا هر دو نسخه تکراری یک ژن استفاده کردند و همکاران در Cold Spring Harbor گیاهان مهندسی شده را پرورش دادند تا ببینند چگونه این تغییرات گیاهان بالغ را تغییر داده است.

تکرار‌های ژنتیکی یا پارالوگ‌ها برای تعیین صفاتی مانند زمان گلدهی، اندازه میوه و شکل میوه مهم بودند. برای مثال، خاموش کردن هر دو نسخه از پارالوگ‌های ژن CLV۳ در بومی‌های جنگلی بومی استرالیا، منجر به گیاهانی شد که محققان آنها را به‌عنوان شکل‌های «عجیب، حباب‌دار، نامرتب» توصیف کردند که برای فروش به‌عنوان محصول در فروشگاه‌های مواد غذایی قابل دوام نیستند. اما ویرایش دقیق تنها یک نسخه از CLV۳ منجر به میوه‌های بزرگتر شد.

کاترین جنیک که توالی‌های ژنومی را جمع آوری کرده و دانشجوی دکترا در آزمایشگاه شاتز در زمان تحقیقات شاتز بود، گفت: "داشتن توالی ژنوم کامل برای این گونه‌ها مانند داشتن یک نقشه گنج جدید است. ما می‌توانیم ببینیم کجا و چه زمانی یک مسیر ژنتیکی از مسیر دیگر جدا می‌شود و سپس آن مکان را در اطلاعات ژنتیکی که فکرش را هم نمی‌کردیم نگاه کنیم. " آنها به ما این امکان را دادند که ژن‌های اندازه را در مکانی واقعا غیرمنتظره پیدا کنیم.

از گوجه‌فرنگی گرفته تا سلول‌های سرطانی، مایکل شاتز و دیگران در جانز هاپکینز به اعماق ژنوم‌ها می‌روند تا راز تنوع زندگی را کشف کنند.

در بادمجان آفریقایی، گونه‌ای که در سراسر قاره آفریقا و در برزیل به‌خاطر میوه‌ها و برگ‌های خوراکی‌اش رشد می‌کند، محققان ژنی به نام SaetSCPL۲۵ را شناسایی کردند که تعداد حفره‌های دانه یا لکه‌های درون میوه را کنترل می‌کند. هنگامی که آنها ژن‌های مشابه SaetSCPL۲۵ را در گیاه گوجه‌فرنگی ویرایش کردند، محققان دریافتند که می‌توانند گوجه‌فرنگی را با لکه‌های بیشتری پرورش دهند: هرچه تعداد لکه‌ها بیشتر باشد، گوجه‌فرنگی بزرگ‌تر است.

به گفته محققان، اگر این کشف به درستی انجام شود، می‌تواند عصر جدیدی از گوجه فرنگی‌های خوشمزه را آغاز کند.

شاتز گفت: این کار اهمیت مطالعه بسیاری از گونه‌ها را با هم نشان می‌دهد. ما از دهه‌ها کار در زمینه ژنتیک گوجه‌فرنگی برای پیشرفت سریع بادمجان‌های آفریقایی استفاده کردیم، و در طول مسیر ژن‌های کاملا جدیدی را در بادمجان‌های آفریقایی یافتیم که متقابلاً گوجه‌فرنگی را ارتقا می‌دهند. ما این را "پان ژنتیک" می‌نامیم و فرصت‌های بی‌پایانی را برای آوردن میوه‌ها، غذا‌ها و طعم‌های جدید به بشقاب‌های شام در سراسر جهان باز می‌کند.

این تحقیق با بودجه مؤسسه ملی بهداشت، بنیاد ملی علوم و مؤسسه پزشکی هاوارد هیوز پشتیبانی شد.