Arabidopsis thaliana — моделно растение в растителната генетика

Arabidopsis thaliana — моделно растение в растителната генетика: от първия секвениран геном до открития за 27 000 гена, развитие, светлинна сензорика и биотехнология.

Arabidopsis thaliana е малко цъфтящо растение, което произхожда от Европа, Азия и Северозападна Африка. То се използва широко като моделен организъм в растителната генетика. Arabidopsis е член на семейство Синапови (Brassicaceae), което включва култивирани видове като зеле и репички. Малкият размер на растението, краткият жизнен цикъл и лесните лабораторни условия правят Arabidopsis удобен за експериментални изследвания и за генетични манипулации.

Това е първият растителен геном, чието секвениране е завършено през 2000 г. в рамките на Инициативата за генома на Arabidopsis. Най-актуалната версия на генома на Arabidopsis thaliana се поддържа от The Arabidopsis Information Resource (TAIR). Референтният щам, използван за секвениране, е обикновено Col-0 (Columbia). Геномът на Arabidopsis е относително малък — около 125 мегабази (Mb), разделен на 5 двойки хромозоми (диплоиден набор 2n = 10).

Извършена е много работа, за да се разбере какво правят неговите 27 000 гена и 35 000 протеина. Arabidopsis е популярен инструмент за разбиране на молекулярната биология на много растителни признаци, включително развитието на цветовете и светлинното усещане. Чрез изследвания с Arabidopsis са разкрити ключови гени и пътища, отговорни за:

• Фотосензорни системи и фотопериодизъм — фито хроми, криптохроми и регулаторни гени като FT и FLC, които контролират цъфтежа.
• Хормонална сигнализация — пътища за ауксин, гиберелин, етилен, салицилова и жасмонова киселина и тяхната роля в растежа и защитата.
• Развитие на корена и листата — молекулярни механизми, определящи формирането на органи и тъканни полярности.
• Имунитет и отговор на стрес — генетични модули за разпознаване на патогени и адаптация към абиотични стресове (сол, суша, температура).
• Епигенетика и регулация на експресията — роли на метилирането на ДНК, модификации на хистони и малки РНК в контрол на генната активност.

Защо Arabidopsis thaliana е предпочитан модел

• Кратък жизнен цикъл: при лабораторни условия може да прерасне от семе до семе за около 6 седмици.
• Малки размери и малко пространство: позволява отглеждане на много индивиди в ограничена площ.
• Лесна генетична трансформация: техниката "floral dip" с Agrobacterium tumefaciens улеснява въвеждането на ДНК и създаването на трансгенни линии.
• Обширни генетични ресурси: колекции от Т‑DNA инсерционни мутации (SALK, GABI-Kat), EMS мутации, секвенирани природни популации (проекта 1001 Genomes) и добре анотиран геном (TAIR).
• Самоопрашване със възможност за кръстосване: позволява лесно проследяване на наследствени признаци при чисти линии и създаване на хибриди.

Практически бележки

• Растението образува розетка от листа и след това стъбло с цветове; семената са много дребни и могат да лежат в семенника продължително време.
• От нея лесно се извличат ДНК, РНК и протеини, което улеснява молекулярните анализи и функционалните експерименти.
• Екологичната и генетичната вариабилност сред естествените екотипове предоставя възможности за изучаване на адаптация и популационна генетика.

Влияние и приложения

Откритията, направени с Arabidopsis, допринасят за основното разбиране на растителната биология и често се пренасят в изследвания върху културни видове (зеле, рапица, житни и други). Те подпомагат разработването на по-устойчиви и продуктивни култури чрез идентифициране на целеви гени за селекция или биотехнологични подходи.

В резюме, Arabidopsis thaliana е изключително полезен и ефективен моделен организъм в растителната генетика и молекулярна биология — комбинирайки простота, богати ресурси и силни технически инструменти, той продължава да бъде централна система за изследване на основни биологични процеси.

Въпроси и отговори

В: Къде е роден Arabidopsis thaliana?

В: За какво се използва Arabidopsis thaliana в генетиката на растенията?

В: Към кое семейство принадлежи Arabidopsis thaliana?

В: Какви други видове се включват в семейство Горчиви?

В: Кога е секвениран първият растителен геном и кое е това растение?

В: Кой поддържа най-актуалната версия на генома на Arabidopsis thaliana?

В: Какви растителни характеристики са изследвани с помощта на Arabidopsis thaliana?

Търсене по буква