PLOS Genetics|穿越玉米迷宫: 绘制玉米基因组“光开关”的技术

在佛罗里达州立大学的研究领域，授粉袋覆盖玉米穗轴，由生物学教授Hank Bass领导。这些袋子可以防止植物串粉，这使得科学家可以避免他们正在研究的标本受到污染。

来源：乔纳森·多斯特

全面了解基因是如何调控的是全世界科学家的主要目标。现在，佛罗里达州立大学的一位教授和他的研究伙伴开发了一种技术，可以在基因组中绘制出几乎所有可能的调节开关。

这些知识可能对农业领域至关重要，科学家们正在不断尝试通过使不同的植物（如玉米或小麦）对干旱、洪水或植物病毒等外力具有更强的抵抗力来提高作物产量。

生物科学教授汉克·巴斯（Hank Bass）说：“对基因组结构的了解有助于关注基因组编辑，并加速更大规模的应用研究工作，如指导精确农业和医学。”。

这项研究发表在《公共科学图书馆·遗传学》上。

由转录因子控制的调节开关几乎像基因的光开关。所有的基因都有特定的功能，但有些基因只是在不同的发育阶段短暂地发挥作用。当这一过程出错时，可能会破坏植物正常发育或抵御疾病的能力。

Savannah Savadel说：“通过创建玉米中调控位点和转录因子的强大、精确的图谱，可以通过针对这些位点优化基因表达。”Savannah Savadel是该论文的第一作者，也是FSU的校友，目前就读于贝勒医学院医学院这可能意味着更健康的植物、更高的营养含量、更好的生长或抗旱性，这在农业困难的地区尤为重要。”

了解转录因子与基因结合的位置可以让研究人员了解正常和病理情况下基因调控的生物化学。

玉米是一种复杂的植物，数百名研究人员对其进行了研究，因为它是一种很好的模式遗传物种，也有助于阐明其他植物的遗传学。玉米基因组有大约20亿个碱基对单位的双链核酸，它们是DNA的组成部分。相比之下，人类大约有29亿个碱基对。

Bass和他的同事使用他们的技术，称为MOA-seq，在大约30个碱基对的小块中绘制DNA序列。该方法提取细胞核，并应用一种作为探针的酶。它扩散到细胞核中，并识别DNA中可通过转录因子结合进行修改的区域。

将DNA图谱缩小到30个碱基对的较小足迹将允许研究人员使用CRISPR等基因编辑工具来修改基因的特定区域。

巴斯说：“我们在一个概念验证试验组织（玉米植株正在发育的果穗）中发现了高精度的光开关。”能够降低到这个序列水平意味着你可以在这些开关的结合位点中寻找遗传变异。这使得精准农业成为可能。”

Bass在过去十年中一直在改进染色质敏感性分析技术。他与德国马克斯·普朗克研究所的研究员托马斯·哈特维格（Thomas Hartwig）合作完成了这篇论文，他在参加了巴斯教授研究人员如何使用该方法的研讨会后提出了一项合作计划。Savadel在佛罗里达州完成了许多实验，这是她在主要论文中获得荣誉的一部分。

FSU生物科学副教授乔纳森·丹尼斯（Jonathan Dennis）和统计学副教授张金峰（Jinfeng Zhang）以及研究生扎卡里·特平（Zachary Turpin）、裴友龙（Pei Yau Long）和辛穗（Xin Sui）以及前FSU研究生丹尼尔·维拉（Daniel Vera）对此项研究做出了贡献。马克斯·普朗克研究所的沃尔夫·弗洛默和马克斯·布兰克也参与了这项研究。

More information: Savannah D. Savadel et al, The native cistrome and sequence motif families of the maize ear, PLOS Genetics (2021).DOI: 10.1371/journal.pgen.1009689

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