Zowel mensen als tomaten zijn er in verschillende soorten en maten. Dat komt omdat elk individu een unieke reeks genetische variaties - mutaties - heeft die van invloed zijn op hoe genen werken en functioneren. Bij elkaar opgeteld maken miljoenen kleine genetische variaties het moeilijk te voorspellen hoe een bepaalde mutatie een individu zal beïnvloeden. Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) Professor en Howard Hughes Medical Institute-onderzoeker Zach Lippman toonde aan hoe genetische variaties in tomaten de manier kunnen beïnvloeden waarop een specifieke mutatie de plant beïnvloedt. Hij werkt eraan om de effecten van mutaties op verschillende tomatenrassen te kunnen voorspellen.
Verschillende combinaties van mutaties kunnen de grootte van tomaten op onvoorspelbare wijze beïnvloeden. In deze afbeelding toont de eerste kolom een ongemuteerde (WT) tomaat. De tweede en derde kolom tonen tomaten met een enkele mutatie in een gebied van de promotor (R1 of R4) voor vruchtgroottegen SlCV3. De individuele mutaties hebben weinig effect op de vruchtmaat. Maar de combinatie van deze twee mutaties (R1 + R4) levert een veel grotere vrucht op.
In deze studie gebruikten Lippman en zijn team CRISPR, een zeer nauwkeurige en gerichte tool voor het bewerken van genen, op twee tomatengenen die de vruchtgrootte regelen, SlCV3 en SlWUS. Ze genereerden meer dan 60 tomatenmutanten door kleine stukjes DNA te verwijderen in de promotorregio's, gebieden in de buurt van de genen die hun expressie regelen. In sommige gevallen vergrootten individuele mutaties de grootte van de tomaten met een klein beetje. Sommige mutatieparen veranderden de vruchtgrootte helemaal niet. Een paar synergetische combinaties zorgden voor een dramatische, onvoorspelbare toename van de vruchtmaat. Lippman zegt: “De echte heilige graal in dit alles voor de gewasveredeling is voorspelbaarheid. Als ik deze reeks mute, krijg ik dit effect. Omdat er een zee van andere varianten is die de natuur heeft verzameld in de buurt van de mutatie die je aan het ontwikkelen bent, en ook verspreid over het genoom, waarvan vele de specifieke mutatie die je aan het creëren bent kunnen beïnvloeden.
Deze reeks interacties voor twee willekeurige mutaties modelleert de gevolgen van een enkele mutatie die optreedt in verschillende genetische achtergronden. Het effect is vergelijkbaar met die bij sommige menselijke ziekten, waarbij sommige mensen bepaalde reeds bestaande mutaties hebben die hen beschermen tegen ziekteverwekkende mutaties.
Lippman en zijn team zullen doorgaan met het kwantificeren van hoe individuele en gecombineerde mutaties bepaalde gewaseigenschappen beïnvloeden. Tot nu toe hebben ze interacties tussen twee individuele mutaties gemeten, maar genomen hebben miljoenen variaties. Lippman hoopt voldoende meetbare interacties te bestuderen om de fokkerij voorspelbaarder en efficiënter te maken.
Voor meer informatie:
Cold Spring Harbor Laboratory
www.cshl.edu