Både mennesker og tomater findes i forskellige former og størrelser. Det er fordi hvert individ har et unikt sæt genetiske variationer - mutationer - der påvirker, hvordan gener virker og fungerer. Sammenlagt gør millioner af små genetiske variationer det svært at forudsige, hvordan en bestemt mutation vil påvirke ethvert individ. Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) professor og Howard Hughes Medical Institute -efterforsker Zach Lippman viste, hvordan genetiske variationer i tomater kan påvirke den måde, en bestemt mutation påvirker planten på. Han arbejder på at være i stand til at forudsige virkningerne af mutationer på forskellige tomatsorter.
Forskellige kombinationer af mutationer kan påvirke størrelsen af tomater uforudsigeligt. I dette billede viser den første kolonne en umuteret (WT) tomat. Den anden og tredje kolonne viser tomater med en enkelt mutation i et område af promotoren (R1 eller R4) for frugtstørrelsesgen SlCV3. De enkelte mutationer har ringe effekt på frugtstørrelse. Men kombinationen af disse to mutationer (R1 + R4) giver en meget større frugt.
I denne undersøgelse brugte Lippman og hans team CRISPR, et yderst præcist og målrettet genredigeringsværktøj på to tomatgener, der kontrollerer frugtstørrelse, SlCV3 og SlWUS. De genererede over 60 tomatmutanter ved at fjerne små stykker DNA i promotorregionerne, områder nær de gener, der styrer deres udtryk. I nogle tilfælde øgede individuelle mutationer størrelsen på tomaterne med en lille smule. Nogle par mutationer ændrede slet ikke frugtstørrelsen. Et par synergistiske kombinationer forårsagede en dramatisk, uforudsigelig stigning i frugtstørrelse. Lippman siger: ”Den ægte hellige gral i alt dette til avlsavl er forudsigelighed. Hvis jeg muterer denne sekvens, får jeg denne effekt. Fordi der er dette hav af andre varianter, som naturen har akkumuleret i nærheden af den mutation, du konstruerer, samt spredt gennem genomet, hvoraf mange kan have indflydelse på den specifikke mutation, du skaber. ”
Denne række interaktioner for to mutationer modellerer konsekvenserne af en enkelt mutation, der forekommer i forskellige genetiske baggrunde. Effekten kan sammenlignes med dem, der findes i nogle menneskelige sygdomme, hvor nogle mennesker måske har visse eksisterende mutationer, der beskytter dem mod sygdomsfremkaldende mutationer.
Lippman og hans team vil fortsætte med at kvantificere, hvordan individuelle og kombinerede mutationer påvirker visse afgrødeegenskaber. Hidtil har de målt interaktioner mellem to individuelle mutationer, men genomer har millioner af variationer. Lippman håber at studere nok målbare interaktioner til at gøre avl mere forudsigelig og effektiv.
For mere information:
Cold Spring Harbour Laboratory
www.cshl.edu