Técnica mapeia 'interruptores de luz' do genoma do milho

Obter uma compreensão completa de como os genes são regulados é um dos principais objetivos dos cientistas em todo o mundo. Agora, um professor da Florida State University e seus parceiros de pesquisa desenvolveram uma técnica que pode mapear quase todas as prováveis ??mudanças regulatórias em um genoma.

Esse conhecimento pode ser crítico para o campo da agricultura, onde os cientistas estão constantemente tentando melhorar o rendimento das safras, tornando diferentes plantas, como milho ou trigo, mais resistentes a forças externas como secas, inundações ou vírus de plantas.

"O conhecimento da paisagem da estrutura do genoma deve ajudar na edição do genoma e acelerar esforços maiores de pesquisa aplicada, como aqueles que orientam a agricultura e a medicina de precisão", disse o professor de Ciências Biológicas Hank Bass. A pesquisa foi publicada na PLOS Genetics .

Interruptores regulatórios, controlados por fatores de transcrição , são quase como interruptores de luz para genes. Todos os genes têm funções específicas, mas alguns são ativados apenas brevemente durante os diferentes estágios de desenvolvimento. Quando esse processo dá errado, ele pode atrapalhar a capacidade da planta de se desenvolver corretamente ou combater doenças.

"Ao criar um mapa robusto e preciso de locais regulatórios e fatores de transcrição no milho, a expressão gênica pode ser otimizada visando esses locais", disse Savannah Savadel, a primeira autora do artigo e ex-aluna da FSU que agora está cursando medicina em Baylor Faculdade de Medicina. "Isso pode significar plantas mais saudáveis, maior teor de nutrientes, melhor crescimento ou resistência à seca, o que é uma preocupação especialmente importante em áreas onde a agricultura é difícil."

Saber onde um fator de transcrição se liga ao gene permite aos pesquisadores entender a bioquímica da regulação do gene em contextos normais e patológicos.

O milho é uma planta complicada que foi estudada por centenas de pesquisadores porque é um bom modelo de espécie genética que também pode ajudar a lançar luz sobre a genética de outras plantas. O genoma do milho tem cerca de dois bilhões de pares de bases - unidades de ácidos nucléicos de fita dupla que são os blocos de construção do DNA. Para efeito de comparação, os humanos têm cerca de 2,9 bilhões de pares de bases.

Bass e seus colegas usaram sua técnica, chamada MOA-seq, para mapear sequências de DNA em pequenos pedaços de cerca de 30 pares de bases. O método extrai núcleos celulares e aplica uma enzima que funciona como uma sonda. Ele se difunde no núcleo e identifica áreas do DNA que estão abertas à modificação pela ligação do fator de transcrição.

Limitar o mapa de DNA a pegadas menores de 30 pares de bases permitiria aos pesquisadores usar ferramentas de edição de genes, como o CRISPR, para modificar áreas específicas do gene.

"Encontramos os interruptores de luz com alta precisão em um tecido de teste de prova de conceito, a espiga em desenvolvimento de uma planta de milho", disse Bass. "A capacidade de descer a este nível de sequência significa que você pode procurar variação genética dentro dos locais de ligação para essas chaves. Isso permite a agricultura de precisão."

Bass tem aprimorado a técnica de criação de perfis de sensibilidade à cromatina na última década. Ele trabalhou neste artigo com Thomas Hartwig, um pesquisador do Instituto Max Planck na Alemanha, que propôs uma colaboração após participar de um workshop ministrado por Bass que ensinou os pesquisadores a usar o método. Savadel realizou muitos dos experimentos como parte de suas honras na tese principal no estado da Flórida.