Både människor och tomater finns i olika former och storlekar. Det beror på att varje individ har en unik uppsättning genetiska variationer - mutationer - som påverkar hur gener fungerar och fungerar. Tillsammans gör miljontals små genetiska variationer det svårt att förutsäga hur en viss mutation kommer att påverka någon individ. Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) professor och Howard Hughes Medical Institute -utredare Zach Lippman visade hur genetiska variationer i tomater kan påverka hur en specifik mutation påverkar växten. Han arbetar för att kunna förutsäga effekterna av mutationer på olika tomatsorter.
Olika kombinationer av mutationer kan påverka oförutsägbart storleken på tomater. I den här bilden visar den första kolumnen en oföränderlig (WT) tomat. Den andra och tredje kolumnen visar tomater med en enda mutation i en region av promotorn (R1 eller R4) för fruktstorleksgen SlCV3. De enskilda mutationerna har liten effekt på fruktstorleken. Men kombinationen av dessa två mutationer (R1 + R4) ger en mycket större frukt.
I denna studie använde Lippman och hans team CRISPR, ett mycket exakt och riktat genredigeringsverktyg på två tomatgener som styr fruktstorlek, SlCV3 och SlWUS. De genererade över 60 tomatmutanter genom att ta bort små bitar av DNA i promotorregionerna, områden nära generna som styr deras uttryck. I vissa fall ökade enskilda mutationer storleken på tomaterna med lite. Vissa par mutationer förändrade inte alls fruktstorleken. Några synergistiska kombinationer orsakade en dramatisk, oförutsedd ökning av fruktstorleken. Lippman säger: ”Den riktiga heliga gralen i allt detta för avelsodling är förutsägbarhet. Om jag muterar denna sekvens kommer jag att få denna effekt. Eftersom det finns detta hav av andra varianter som naturen har samlat sig i närheten av mutationen som du konstruerar, liksom spridda genom genomet, varav många kan påverka den specifika mutation du skapar. ”
Detta interaktionsintervall för två mutationer modellerar konsekvenserna av att en enda mutation inträffar i olika genetiska bakgrunder. Effekten är jämförbar med dem som finns i vissa mänskliga sjukdomar, där vissa människor kan ha vissa redan existerande mutationer som skyddar dem från sjukdomsframkallande mutationer.
Lippman och hans team kommer att fortsätta att kvantifiera hur enskilda och kombinerade mutationer påverkar vissa grödosegenskaper. Hittills har de mätt interaktioner mellan två individuella mutationer, men genomer har miljontals variationer. Lippman hoppas kunna studera tillräckligt med mätbara interaktioner för att göra avel mer förutsägbar och effektiv.
För mer information:
Cold Spring Harbor Laboratory
www.cshl.edu