Gunting molekuler membantu penyelidikan evolusi

Anonim

Para ilmuwan di KIT (Institut Teknologi Karlsruhe) mendeteksi mekanisme penting dalam evolusi genom tumbuhan: Menggunakan Arabidopsis thaliana sebagai organisme model, mereka mempelajari pembentukan tandem mengulangi sekuens DNA dan menemukan bahwa urutan ini terbentuk jika kedua untaian DNA rusak. pada jarak yang signifikan dari satu sama lain. Untuk eksperimen mereka, para ilmuwan menggunakan sistem CRISPR / Cas, bekerja seperti "sepasang gunting molekuler." Hasilnya disajikan dalam jurnal PNAS. (DOI: 10.1073 / pnas.1603823113)

Evolusi genom didasarkan pada mutasi, yaitu modifikasi materi genetik yang diteruskan ke generasi berikutnya. Ini termasuk duplikasi dari sekuens yang ada dalam DNA (deoxyribonucleic acid), yang membawa informasi genetik. Dengan demikian, genom yang lebih besar dengan lebih banyak informasi genetik dapat terbentuk selama evolusi. Duplikasi semacam itu mungkin disebabkan oleh berbagai mekanisme. Genom tanaman sering mengandung rangkaian DNA yang lebih pendek yang diduplikasi secara tandem. Para ilmuwan di Botanical Institute II dari KIT sekarang menemukan bagaimana urutan ini terjadi. "Seperti yang kita ketahui, DNA adalah heliks beruntai ganda. Hasil kami menunjukkan bahwa perbaikan patah untai tunggal terjadi pada jarak yang signifikan dari satu sama lain dalam dua untai berlawanan memainkan peran penting dalam generasi duplikat di genom tanaman., Profesor Holger Puchta, Kepala Institut, menjelaskan.

Para ilmuwan belajar dari studi mereka tentang organisme model, Arabidopsis thaliana , bahwa perbaikan yang disinkronkan dari dua kerusakan untai tunggal secara konsisten tidak hanya menyebabkan penghapusan, tetapi juga untuk tandem duplikasi dari sekuens yang lebih pendek di dekat lokasi istirahat. Dengan cara yang ditargetkan, para ilmuwan memperkenalkan istirahat untai tunggal yang berbeda-beda ke berbagai wilayah genom dan kemudian menganalisis hasil perbaikan dengan sekuensing DNA.

Dalam rangka menciptakan untaian single-break tepat di lokasi yang diinginkan, para ilmuwan Karlsruhe menggunakan novel "gunting molekuler" - bentuk khusus dari sistem CRISPR / Cas. "Sebelumnya, kami hanya bisa bekerja dengan gunting molekuler yang memotong kedua helai pada saat yang sama, sehingga menciptakan untaian untai ganda di DNA. Dengan sistem CRISPR / Cas yang dimodifikasi, sekarang mungkin untuk pertama kalinya menggunakan gunting yang hanya memotong satu untai. Ini memungkinkan kami untuk menyelidiki secara detail bagaimana kerusakan pada DNA diperbaiki, "Puchta menjelaskan.

CRISPR / Cas menunjuk segmen DNA tertentu (CRISPR - Clustered Regularly Intervert Palindromic Pendek) dan enzim (Cas) yang mengenali segmen ini dan memotong DNA tepat di lokasi tersebut. Dengan metode ini, gen dapat dihapus, dimasukkan, atau diganti dengan mudah, cepat dan akurat.

Holger Puchta adalah ilmuwan pertama yang menggunakan gunting molekuler untuk tanaman. Dengan penelitian tersebut, ia menunjukkan tidak hanya bahwa gunting dapat digunakan sebagai alat untuk modifikasi genom yang ditargetkan, tetapi ia juga menemukan bahwa istirahat untai ganda dapat menyebabkan modifikasi besar pada genom tanaman. Dalam penelitian baru mereka, yang disajikan dalam jurnal Proceedings of National Academy of Sciences of Amerika Serikat (PNAS), para peneliti dari Botanical Institute II dari KIT sekarang juga menunjukkan bahwa kehadiran beberapa untai tunggal putus dalam DNA. dapat memperkenalkan modifikasi genom. Istirahat untai tunggal seperti itu sering terjadi secara alami pada tumbuhan, terutama jika mereka terkena sinar UV. "Oleh karena itu, mekanisme yang baru ditemukan itu sangat penting untuk memahami evolusi gen tanaman, " kata Holger Puchta.

menu
menu