चारा जीनोम को स्पष्ट करना: पालेज़ोइक युग में भूमि संयंत्रों के उद्भव के लिए प्रभाव

संयंत्र इवोल्यूशन (अद्यतन) (जुलाई 2019).

Anonim

भूमि पौधों के रिश्तेदारों, चारोफिसिए में जीनोम होते हैं जो समझने के लिए महत्वपूर्ण जानकारी देते हैं कि कैसे पालेज़ोइक युग में अपने पूर्वजों से भूमि पौधों का विकास हुआ। यहां, हम Charophyceae से चारा ब्रुनी के मसौदे जीनोम की रिपोर्ट करते हैं, और भूमि पौधों, क्लेब्सर्मिडियम नाइटन और अन्य हरे शैवाल की इसकी तुलना करते हैं। तुलना में भू-पौधों की ओर अग्रसर वंश के चारों ओर और बाद में Charophyceae के भीतर Charophyceae के विचलन के पहले जीन के अधिग्रहण से पता चला।

भूमि संयंत्र स्थलीय वनस्पति पर हावी है, और खाद्य आपूर्ति का एक बड़ा हिस्सा शामिल है। जलीय शैवाल से विकसित भूमि संयंत्र कैसे वैज्ञानिक ध्यान आकर्षित करने में एक समस्या रही है। 2011 में, डॉ निशियमा ने अन्य शोधकर्ताओं के सहयोग से एक लेख प्रकाशित किया है जिसमें क्लैमिडोडोनास रेनहार्डी, मॉस फिजकोमिटेरेला पेटेंस, एक स्पाइकेमॉस प्रजातियां (सेलागिनेला मोएलेन्डोरॉफी) और थैले क्रेस (अरबीडॉप्सिस थालियाना) की तुलना में एक लेख प्रकाशित किया गया है। तुलना से पता चला कि क्लैमिडोडोनास से भूमि संयंत्रों के पूर्वजों को अलग करने के बाद, भूमि संयंत्रों के विविधीकरण से पहले कई जीनों का अधिग्रहण किया गया था। हालांकि, क्लैमिडोडोनास और भूमि पौधों को 1 अरब साल के विचलन के समय से दूर से संबंधित हैं, इसलिए हरी शैवाल के जीनोम अनुक्रम, भूमि पौधों के नजदीक, स्पष्ट रुचि का था। 2014 में, डॉ। होरी और अन्य ने टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में प्रोफेसर ओहता के नेतृत्व में क्लेम्सोमिडियम नाइटेंस के जीनोम अनुक्रम को प्रकाशित किया, जो क्लैमिडोडोनास की तुलना में भूमि पौधों के करीब एक फिलामेंटस हरी अल्गा था; उन्होंने दिखाया कि क्लेब्सर्मिडियम नाइटन में भूमि पौधों के बराबर जमीन पर रहने के लिए जीन महत्वपूर्ण हैं।

हरे शैवाल के तीन समूह विकासशील रूप से भूमि पौधों के करीब हैं, जो कि क्लेब्सर्मिडियोफिसिए, यानी, चेरोफीसी, कोलोचाएटोफीसीए और ज़िग्नेमेटोफिसिए (आंकड़े 1 और 2) की तुलना में हैं। उनमें से, Charophyceae प्रजनन अंग, एंथिडिया और ओगोनिया के साथ सबसे जटिल शरीर योजना बनाते हैं। वास्तव में, 1860 के दशक में, प्रिंग्सहेम ने सुझाव दिया कि चारा (वर्तमान में चारोफीसी में रखा गया है) भूमि संयंत्रों से निकटता से संबंधित है। ज़िग्नेमेटोफिसिए को भूमि पौधों के सबसे निकट वंश के रूप में माना जाता है, लेकिन उनके पास यौन प्रजनन प्रणाली है, जिसमें गैमेट्स (प्रजनन कोशिकाएं) जो आकार के फ्यूज में लगभग बराबर होती हैं, ताकि बड़े अंडे और एक छोटे तैराकी शुक्राणु के बजाय ज़ीगोट्स बन सकें। सेल। वर्तमान अध्ययन में, हम चारा ब्राहनी के जीनोम को प्रकट करते हैं, जिसे 550 पौधों से 750 मिलियन वर्ष पहले भूमि संयंत्रों से अलग किया गया माना जाता है।

यहां, 13 देशों के 40 संस्थानों के 60 शोधकर्ताओं ने चरफीसी के प्रतिनिधि चारा ब्राहनी के जीनोम विश्लेषण में भाग लिया। उन्होंने अन्य जीवों के जीनोम के साथ तुलना करने के लिए पर्याप्त मसौदा जीनोम अनुक्रम प्राप्त किया है। मसौदा जीनोम अनुक्रम डीएनए डाटा बैंक ऑफ जापान (डीडीबीजे) में जमा किया गया है और अंतर्राष्ट्रीय न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम डेटाबेस सहयोग (आईएनएसडीसी) के माध्यम से उपलब्ध है।

चारा ब्रुन्नी व्यक्तियों को कसुमिगोरा, इबारकी और साईजो शहर, एहिमे, जापान में ले जाया गया था। उपभेदों की स्थापना की गई जो प्रयोगशालाओं में उगाई जा सकती हैं और जीनोम विश्लेषण के लिए उपयोग की जा सकती हैं। जीनोम आकार बड़ा होने का अनुमान लगाया गया था (लगभग 2 जीबीपी, मानव जीनोम के लगभग दो तिहाई)। नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ जेनेटिक्स, जापान में अगली पीढ़ी के इलुमिना अनुक्रमकों का उपयोग अधिकांश जीनोम अनुक्रमण के लिए किया जाता था।

मचानों में कच्चे अनुक्रमों को इकट्ठा करने के बाद, बैक्टीरिया से उत्पन्न होने वाले मचान दृश्यों को बाहर रखा गया था, और 1.75 जीबीपी मचान अनुक्रम प्राप्त किए गए थे। सीडीएनए को टोक्यो विश्वविद्यालय में एस्चेरीचिया कोलाई में क्लोन किया गया था (एमआरएनए पूरक डीएनए में उल्लिखित रिवर्स था) और परिणामी लाइब्रेरी को यादृच्छिक रूप से चुना गया था और लघु उप-अनुक्रमों, व्यक्त अनुक्रम टैग (ईएसटी) का उत्पादन करने के लिए पारंपरिक अनुक्रमक द्वारा अनुक्रमित किया गया था। इन आंकड़ों का उपयोग टोक्यो विश्वविद्यालय में इलुमिना अनुक्रमकों का उपयोग करके सीडीएनए से प्राप्त उच्च-थ्रूपुट अनुक्रम डेटा और यूरोपीय समूह द्वारा सीडीएनए से प्राप्त अन्य डेटा को जीन की भविष्यवाणी करने के लिए किया गया था, और 35, 422 जीन संरचनाओं का अनुमान लगाया गया था।

Charophyceae और भूमि पौधों के अंतिम आम पूर्वजों का अनुमान लगाया गया था, इस अध्ययन में, एक, TANGLED1 को छोड़कर सेल विभाजन के लिए भूमि संयंत्रों से ज्ञात सभी जीन रखने के लिए। फाइटोर्मोन बायोसिंथेसिस और भूमि संयंत्रों के प्रतिक्रियाओं में शामिल होने वाले जीनों में से, चारा ब्राउनी को ईथिलीन सिग्नलिंग सिस्टम में शामिल सभी जीन रखने के लिए पाया गया था, जबकि क्लेब्सर्मिडियम नाइटेंस में एक जीन, ईआईएन 2 की कमी थी। इसके अलावा, चारा ब्राउनी को ऑक्सिन प्रतिक्रिया में शामिल ऑक्स / आईएए और एआरएफ, ट्रांसक्रिप्शन कारक एन्कोडिंग जीन पाए जाते हैं। ये जीन क्लेब्सर्मिडियम नाइटन में नहीं पाए गए थे।

दूसरी ओर, चूंकि टीआईआर 1-प्रकार रिसेप्टर या तो चारा ब्रूनी या क्लेब्सर्मिडियम नाइटन में नहीं मिलता है, इसलिए ऑक्सिन प्रतिक्रिया में कार्यरत अज्ञात तंत्र हो सकते हैं। Abscisic एसिड (पीवायआर), जैमोनिक एसिड, और सैलिसिलिक एसिड के लिए रिसेप्टर्स की पहचान नहीं की गई थी, यह दर्शाता है कि भूमि पौधों में पाए गए रिसेप्टर्स शायद Charophyceae और भूमि संयंत्रों के अलगाव के बाद प्राप्त किया गया था। इसके अलावा, चारा ब्राउनी के पास ग्राउंड 1 का एक ऑर्थोलॉग है, जो क्लोरोप्लास्ट प्रोटीन के संश्लेषण को नियंत्रित करने के लिए सिस्टम की एक कुंजी है जो क्लोरोप्लास्ट से न्यूक्लियस से "रेट्रोग्रेड" सिग्नलिंग द्वारा भूमि पौधों में देखा गया है। चारा ब्राह्नी के पास अन्य हरे शैवाल की तुलना में अधिक प्रतिलेखन कारक हैं जिनके जीनोम निर्धारित किए गए हैं।

Charophyceae की morphological जटिलता भूमि पौधों से अलग होने के बाद जीन परिवारों के विस्तार से उत्पन्न हो सकता है; इस प्रकार, इस तरह के विस्तार भूमि संयंत्रों से स्वतंत्र होना चाहिए। विशेष रूप से, प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां (आरओएस) जीन नेटवर्क, एलआईएसएम रिसेप्टर जैसी किनेस और त्रिहेल ट्रांसक्रिप्शन कारक परिवारों का विस्तार ध्यान दिया जाना चाहिए। यौन प्रजनन संरचनाओं के ट्रांसक्रिप्टोमिक विश्लेषण से ट्रांसक्रिप्शन कारकों, आरओएस जीन नेटवर्क की गतिविधि, और पोषक तत्वों के भंडारण में शामिल प्रोटीन और ज़ीगोट में पौधों की तरह भंडारण और तनाव संरक्षण प्रोटीन के पैतृक उपयोग द्वारा जटिल नियंत्रण से पता चलता है।

चारा ब्रुन्नी ड्राफ्ट जीनोम अनुक्रम के आधार पर ये विश्लेषण दर्शाते हैं कि उनके स्थलीय जीवन के लिए भूमि पौधों के लिए विभिन्न प्रकार के लक्षण पहले से ही चरफिसी और भूमि पौधों के आम पूर्वजों में मौजूद हैं, जो बताते हैं कि उभरने से पहले उन पौधों को भूमि पौधों के लिए विशिष्ट रूप से अधिग्रहित किया गया था सबसे पुराने भूमि पौधों का।

वर्तमान अध्ययन ने चारा ब्राहनी के जीनोम अनुक्रम को सफलतापूर्वक प्रकट किया। इस अनुक्रम को भूमि संयंत्रों में विकास और अनुवांशिक अध्ययन में संदर्भित किया जा सकता है, और भूमि संयंत्रों के विकास को समझने में योगदान देता है। चूंकि चारा कोशिकाएं इतनी बड़ी हैं, इसलिए झिल्ली क्षमता को मापने के लिए माइक्रो-इलेक्ट्रोड का उपयोग करके इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल स्टडीज के लिए उनका उपयोग किया गया है। अपने जीनोम का ज्ञान इस तरह के शारीरिक मापदंडों के अंतर्गत आणविक तंत्र को लाभकारी समझ जाएगा।

इसके अलावा, चारा ब्राहनी अंटार्कटिका को छोड़कर दुनिया भर में व्यापक रूप से वितरित एक विश्वव्यापी प्रजाति है, और पारिस्थितिकीय रूप से विभिन्न वातावरणों के अनुकूल है। इस अध्ययन में इस्तेमाल किए गए चारा ब्राह्नी उपभेदों को कासुमिगोरा, इबारकी और साईजो शहर, एहिमे, जापान में ले जाया गया था। Kasumigaura झील से एक प्रचुर मात्रा में उथले पानी के साथ अनुकूलित किया जाता है, जबकि साईजो शहर से एक स्पष्ट रूप से कम रोशनी के स्तर के साथ गहरे पानी के लिए अनुकूलित किया जाता है। विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों के संबंध में जीनोम अनुक्रमों का अध्ययन करके, अनुकूलन तंत्र का विश्लेषण और व्याख्या करना संभव हो सकता है।

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