mai 23, 2022

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Calcul des coûts de plusieurs copies génétiques d’une herbe

Fréquence documentée de différents modèles cellulaires de panic raide (4X en bleu et 8X en orange) à travers les États-Unis. Un intérêt précoce pour l’exploration du panic raide 8X était la présence observée de 8X dans les écarts de distribution 4X. Crédit : Joseph Napier

Une équipe collaborative dirigée par des chercheurs de l’Université du Texas (UT) à Austin, de l’Institut de biotechnologie HudsonAlpha (HudsonAlpha) et du Joint Genome Institute (DOE) (JGI) du Département américain de l’énergie, un bureau du Département de l’énergie de l’utilisateur scientifique Facility, a découvert que l’herbe changeant de matière première Le candidat bioénergétique peut s’adapter pour étendre son habitat, mais à quel prix ? Dans l’article invité suivant, le chercheur postdoctoral Joseph Napier du Juenger Lab et le biologiste computationnel Paul Grabowski de HudsonAlpha décrivent les questions qu’ils ont posées – et auxquelles ils ont répondu – dans l’étude parue récemment dans Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS).


Panicum virgatum, Panicum virgatum, répandu, herbe vivace en Amérique du Nord qui a fait l’objet d’échantillonnages naturels à grande échelle et d’essais sur le terrain en raison de son potentiel de restauration des habitats et comme matière première pour la production de biocarburants à base de biomasse. Comme en témoignent de nombreuses cultures commerciales couramment cultivées telles que le blé, l’arachide, l’avoine, la banane, la pomme de terre, etc., le commutateur est polyploïde. Cela signifie qu’il contient plus de deux copies du génome, ce qui peut avoir des conséquences écologiques et évolutives évidentes.

une Étude précédente menée par notre équipe de recherche pour étudier la diversité génomique et phénotypique dans l’aire de répartition naturelle du panic raide, il a été constaté que la polyploïdie améliorait la capacité d’adaptation du panic raide et est un élément clé pour fournir variance génétique Disponible pour la sélection pour améliorer la production de biocarburants avec un avenir changeant. Le panic raide a de nombreux niveaux de ploïdie naturelle, appelés cytotypes, à travers les espèces. Ce sont principalement des tétraploïdes (4X ou quatre copies du génome) et des octoploïdes (8X ou huit copies du génome).

Lovell et al. Se concentre sur la diversité 4X, en grande partie parce qu’elle a été priorisée dans les efforts de sélection, et aussi parce que l’on pense généralement que le panic raide 8X a moins de diversité génétique et phénotypique (traits visibles). Après que notre équipe ait fini d’analyser la diversité trouvée dans le panic raide 4X, nous avons été surpris par le nombre d’individus 8X collectés sur le terrain. Lors de la visualisation de l’ensemble de la distribution du panic raide sur la carte, ces individus octuples se sont produits dans des parties de la gamme de switch où 4X était significativement absent (voir la figure à droite).

Ce modèle a remis en question l’idée que le panic raide 8X était un groupe homogène banal et a soulevé plusieurs questions importantes. D’où vient la variante 8X ? Sont-ils apparus plusieurs fois ou leur large distribution indique-t-elle plusieurs événements d’origine indépendants ? Les modèles cellulaires réagissent-ils différemment en réponse à l’environnement ? Nous avons entrepris d’explorer ces questions et de résoudre le mystère derrière les schémas de commutation 8X observés. Dans le processus, nous espérions également utiliser cette opportunité unique pour déterminer comment les transitions de niveau supérieur pourraient créer ces modèles observés. Étant donné que de nombreuses autres espèces végétales ont une variabilité naturelle de la ploïdie, nous espérions également que cela nous permettrait d’évaluer plus largement comment la variance de la ploïdie change. diversité génétiqueet forme physique et adaptabilité.

En utilisant une combinaison d’approches génomiques, quantitatives, quantitatives, paysagères et de modélisation spécialisée, nous avons comparé la diversité 4X et 8X du panic raide sur des centaines de génotypes naturels (dans ce cas, la composition génétique complète d’une plante) et 10 jardins communs. Nous avons découvert que les clusters 8X sont apparus plusieurs fois à partir de différents fonds génétiques et que ces clusters 8X contenaient de nouveaux clusters de diversité génétique. Nous avons également constaté qu’une grande partie de la différence dans caractéristiques physiques Comme observé dans le panic raide 4X via le cytotype 8X. Cependant, les modèles cellulaires 4X et 8X divergent dans leur réponse aux changements climatiques parmi les jardins partagés, suggérant un compromis général (8X)-spécialiste (4X). De plus, des modélisations spécialisées indiquent une évolution favorable entre 4X et 8X associée à l’adaptation climatique. Dans l’ensemble, ces résultats indiquent que 8X représente une combinaison unique de variance génétique qui a permis l’expansion du panic raide. standing écologique. Les connaissances acquises sur le switchgrass 8X sont une ressource précieuse pour les efforts visant à générer un gazon électrique résistant au climat pour la production de bioénergie.

En nous appuyant sur le cadre fourni par notre nouveau manuscrit Switchgrass, nous prévoyons d’utiliser les données existantes et de créer des ressources génomiques supplémentaires pour répondre aux hypothèses écologiques de longue date sur la façon dont les graminées vivaces C4 telles que Switchgrass réagissent aux changements climatiques apparents. (Les plantes C4 utilisent une forme de photosynthèse plus efficace qui réduit Perte d’eaupar rapport au processus que la plupart des gens utilisent les espèces végétales.) Comprendre comment l’interaction entre le flux de gènes, les statistiques démographiques et l’adaptation a influencé la réponse du panic raide au changement climatique dans le passé fournira un aperçu sans précédent des mécanismes que les graminées vivaces utiliseront pour répondre aux changements climatiques. Les changements de ploïdie peuvent jouer un rôle majeur dans cette réponse.

La génération de ressources génomiques 8X supplémentaires fournira une rare opportunité d’évaluer la généralité du « petit saut », lorsque les commutateurs (et donc des taxons similaires) subissent des fluctuations environnementales évidentes. Les nouvelles découvertes de cette ligne de recherche combinées aux connaissances antérieures permettront d’identifier de nouvelles combinaisons potentielles de diversité génétique présentes dans le panic raide qui pourraient être liées à l’adaptation au climat et à l’expansion de l’aire de répartition. Cela représentera par la suite une ressource fertile précieuse pour élargir la gamme de conditions de croissance appropriées et améliorer la flexibilité de la production de matières premières de panic raide.


Équipe d’ingénieurs en champignons respectueux de la bioénergie


Plus d’information:
Joseph D . Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2118879119

la citation: Calculating the Costs of Copying Multiple Switchgrass Genes (2022, 13 avril) Extrait le 13 avril 2022 de https://phys.org/news/2022-04-multiple-switchgrass-gene.html

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