Сочинение на тему Прогресс в использовании гетерозиса сельскохозяйственных культур

Недавно уровень экспрессии белка сравнивали с использованием гетеротических и негетеротических гибридов кукурузы. Было интересно, что дифференциальная экспрессия белков, обнаруживаемых у гетеротических гибридов, в основном была связана со стрессовой реакцией, белковым и углеродным обменом. Кроме того, предполагалось, что степень гетерозиса связана с частотой изоформ и модификаций белка. Хотя у гибридов были обнаружены разные способы действия генов, а также паттерны экспрессии белка, и они поддерживали генетические модели доминирования и доминирования, молекулярная основа гетерозиса все еще в значительной степени неизвестна.

Эпигенетический анализ гетерозиса

В одном и том же ядре комбинация расходящихся материнских и отцовских геномов может привести к нестабильности генома, эпигенетическим изменениям и изменениям экспрессии генов, что в конечном итоге привело к изменениям фенотипов в гибриде. В прошлом были проведены многочисленные исследования, чтобы выяснить роль эпигенетики в гетерозисе. Метилирование по всему геному, экспрессия sRNAs, экспрессия генов и физиологический индекс были всесторонне проанализированы как у гибридов, так и у его родителей. Изменения метилирования ДНК и рРНК наблюдались между родителями и их потомством. Shen и соавторы 2012 обнаружили, что у гибридов было повышенное метилирование цитозина по сравнению с родителями. В отличие от более высоких уровней метилирования, в гибридах присутствовало больше генов с пониженной регуляцией, чем в родительских линиях. Ранее было показано, что гены с пониженной регуляцией, включая циркадные генные часы CCA, LHY, участвуют в гетерозисе.

Непоследовательное исследование с

Shen et al 2012 Greaves et al 2012 также обнаружили измененные метиломы между гибридами и их родителями у Arabidopsis. 23. В обоих исследованиях изменения происходят чаще всего в местах, где уровни метилирования у родителей заметно различаются.

Недавнее исследование Chodavarapu et al 2012 показало, что области измененного метилирования часто коррелируют с изменениями уровней sRNA. Используя Arabidopsis, Greaves et al 2012 и Shen et al 2012 также обнаружили сильную корреляцию между метилированием ДНК и рРНК. Интересно, что исследование, проведенное Shen et 2012, показало, что сила роста была скомпрометирована у гибридов F1 мутантов hen1 (РНК-метилтрансфераза, HUA ENH-ANCEF1), что также подтвердило, что представление о том, что рРНК играет роль в гетерозисе, возможно, путем руководства метилированием ДНК через РНК-направленный путь ДНК-метилирования. Дифференциальные паттерны экспрессии малых РНК наблюдались недавно у гибридов риса, пшеницы и томатов. Например, у гибридов риса, sRNAs показали более подавленную, чем положительную. Ранее различными исследованиями было доказано, что рРНК играют важную роль в регуляции генов и поддержании целостности генома. 29,30. Возможно, что изменения в профилировании sRNAs могут привести к паттернам экспрессии гена, который они контролируют у гибридов, что может быть связано с фенотипом гибридов.

Энергетическая модель, предложенная для гетерозиса Goff 2011 предложила энергетическую модель, чтобы объяснить разницу в росте и урожайности между инбредами и гибридами. В этой модели он объясняет, что аллель-специфическая экспрессия генов связана с укладкой белка и стабильностью и помогает сохранить энергию и позволяет быстрее делить клетки. Возможно, что этот аллельный выбор, доступный у гибридов, но не у инбредных, дает возможность гибридам экспрессировать благоприятный аллель и использовать энергетическую эффективность для ускорения улучшения урожая. Гетерозис является распространенным явлением – это основной рис и другие виды. Вполне вероятно, что общий биологический механизм, лежащий в основе гетерозиса, существует у самых разных видов. Модели доминантности и доминирования были предложены для объяснения гетерозиса с одним признаком, было показано, что аддитивный уровень экспрессии генов и неаддитивный способ дифференциального действия генов участвуют в проявлении гетерозиса. Гены, влияющие на гетерозис, могут зависеть от дозировки генома. Недавно появилось все больше доказательств эпигенетического механизма для объяснения гетерозиса. Количественные исследования локусов признаков показали, что многие QTL, связанные со специфической эффективностью, играют важную роль в гетерозисе. Взятые вместе, вероятно, что сочетание множества механизмов по множеству генов объясняет сложные черты гетерозиса.

На сегодняшний день есть еще много вещей, которые не ясны, но с обещанием будущего прорыва в раскрытии гетерозиса, во-первых, какова связь между комбинацией генома и активностью гена на уровне одного гена? Известно, что дифференциальная экспрессия большого числа генов возникает, когда два разных генома объединяются в гибрид. Все ли эти измененные транскриптомы в гибриде имеют биологические функции? Какая доля измененного гибридного транскриптома может оказывать существенное влияние на гетерозис помимо генов циркадных часов? Какие факторы влияют на вариабельный профиль этих ключевых генов, механизмов? Во-вторых, как выбрать наилучшее сочетание родителей для производства ‘супергибридов, чтобы удовлетворить растущий спрос на продукты питания и биотопливо?

Как мы знаем, степень гетерозиса пропорциональна генетическому различию у двух родительских штаммов. Однако многие межвидовые гибриды, особенно отдаленные гибриды, не могут выжить, что приводит к несовместимости гибридов. Лучшее понимание механизма гибридной силы поможет нам эффективно выбрать лучшие комбинации родителей для прогнозируемых селекционных целей, таких как увеличение производства семян, плодов, и метаболиты.