Геном пшеницы

Вот попробуйте только не прочитать. Это ужасно интересно! Значительно интереснее проблем образования.

Тут коллеги
imbg пишут в ЖЖ, что
просеквенирован геном пшеницы. Я уже давно собиралась сказануть на эту тему. Геном пшеницы не прочитан полностью. То есть прочитан, но не расшифрован. Статья в Нейчер осторожно озаглавлена как "
Анализ генома мягкой пшеницы с помощью секвенирования". Проблема в том, что это очень сложный геном.
Triticum aestivum это гексаплоид (шесть наборов хромосом, не шесть штук, а шесть наборов в каждом по семь хромосом. То есть всего 42 хромосомы. Назовем эти наборы ААBBDD ). Я только напомню, что нормальному организму достаточно два набора хромосом, чтобы нормально существовать. Ой, что будет, что будет.

Возник этот гибрид предположительно 8 тысяч лет тому назад. Сначала где-то полмиллиона лет тому назад случилась гибридизационная аномалия между
Triticum urartu (геном АА) с неизвестным зверем, но предположительно это был какой-то
Sitopsis (геном ВВ). Получилась тетраплоидная полба
Triticum dicoccum (ААВВ). Затем эта тетраплоидная полба скрестилась с диплоидным эгилопсом
Aegilops tauschii (геном DD) и тоже там хромосомы не разошлись по домам, а получился такой вот гексаплоидный монстр AABBDD. Затем ее заметили людишки и решили приручить. Вот, решила немного добавить в этом месте. Не исключено, что возожность такой гибридизации обусловлена тем, что людишки уже травки осознанно культивировали. Вот и встретились на полях полба и эгилопс. И согрешили. В результате вот что получилось. Геномы диких трав такие все из себя стройные и последовательные, если речь идет о том, какой ген за каким расположен. Это все эволюционно отточено и законсервировано. Органик-преорганик.

А вот в гибридных геномах уже такого наворочено. Там эти стройные порядки пошли лесом, после доместикации куча генов вообще пропали, а от некоторых остались одни ошметки. Только в одной хромосоме из всех последовательностей – 80% нуклеотидных повторов и всяких транспозонов. Свалка какая-то, причем это ж не просто так себе ДНК, это набор мигрантов, которые шляются по геному и вырубают гены.

Повторы – это большая проблема для секвенирования. То есть прочитать это все можно, но сложить воедино очень сложно, почти невозможно. Смотрите. Чтоб прочитать ДНК, ее режут в хлам и читают по кускам. Допустим по 100 – 500 нуклеотидов. Потом биоинформатики сидят и склеивают это все воедино. Как это примерно выглядит. У нас на выходе куски c похожестью на концах:

ATGACTACGACTAC
GATA

GATAGTACTAGCAT
GCAT

GCATCATACGATCAGAGTC

Предполагается, что эта похожесть – это концы одного и того же гена. Вот по ним склеивают и называют это ессемблинг. Это очень упрощенная схема, на самом деле похожие куски длиннее, алгоритм сложнее, но суть такая. Теперь представьте, что в геноме повторы. Алгоритмы эти повторы не распознают и в основном склеивают всякие химеры от фонаря. Поэтому за основу реконструкции берут геномы ближайших родственных диких трав и других злаковых родственников, вроде риса и кукурузы. И пытаются склеивать, подглядывая за другими матрицами. Что оказалось?

В целом, кроме того, что потеряно много генов, некоторые полезные гены "размножились", причем это гены преимущественно из генома эгилопса. Среди них в пшеничном хозяйстве пригодились детальки от фотосинтетической машины, запасные белки, транспозонов горсть, несколько систем защиты и пыльцевые аллергенчики (уууу). Транспозоны тоже без дела не сидели, и попрыгали хорошенечко, вырубив гены и переведя их в статус молчащих псевдогенов. Но геном тоже не дурак, он важные гены – факторы транскрипции, забэкапил, чтоб была функциональная копия на всякий случай. За последние 50 лет это все еще хорошенечко побомбили химическими мутагенами и радиацией, и вуаля! – получилась булочка.

Я вам скажу, что генные инженеры по сравнению с последствиями этого монстрозного процесса доместикации пшеницы – они просто дети. Ну вот если бы кому взбрело в голову встроить парочку аллергенчиков с целью улучшить, скажем опыляемость, так забили бы камнями. А если представить себе, что такого мутанта вдруг сконструировали искуственно и предложили скушать, то мировое народное восстание поднялось бы.

А так вообще это геномное косое монстрище теперь священная корова у гринписа – дескать, не трожьте генноинженеры, это Хлеб, это святое.

Сборная солянка

1. Для
клеточных перепрограммистов нет ничего святого.
Из мочи выделили клетки и перепрограммировали их в нейрональные. Спрашиваете, что это за клетки в моче? Эпителиальные случаются. В этот раз использовали технологию из
серии 4, когда гены-факторы перепрограммирования не встраиваются в геном, а просто болтаются в цитоплазме, закодированные в эписомальном векторе. Эпителиальные клетки перерограммировались в плюрипотентную, которую посадили расти на коктейль, способствующий дифференциации в астроциты. Говорят, что эта уринотерапия (из комментов) при лечении, как его, Альцгеймера может пригодиться.

Вот еще успешный пример. Клетки
имунной системы перепрограммировали с помощью вируса почти СПИДа и вылечили лейкемию. Биг фарма, такие дела.

2. Редактор журнала Plant physiliology отобрал
статью генноинженерных лоббистов, которые рассуждают на тему "поломаем ли мы геном, нарушим ли мы его стабильность, если встроим туда какой левый ген и как это будет выглядить в сравнении с нормальной хорошей естественной селекцией". Это такой базовый обзор текущих представлений и знаний о геноме и того, что там происходит. Можно брать за основу лекции студентам. Вкратце – геном вообще очень пластичный, там постоянно что-то случайно мутирует, гомологично и негомологично рекомбинирует, перескакивает с места на место. Подискутировали даже
любимую пугалку анти ГМО борцов 35S промотор, у которого обнаружился потенциальный сайт рекомбинации. Таких потенциальных сайтов у нормальной хорошей пшеницы приблизительно миллион, а к хлопка 40 тысяч.

Если притягивать за уши аналогию, то она будет приблизительно такая (несколько утрирую): с неба валится камнепад огромными булыжниками, а мы стоим под ним и дискутируем, каков риск получить конъюктивит от попадания пылинки в глаз.

3. Годовой отчет успехов сельского
хозяйства Германии в картинках. К сожалению, на немецком, но если кто интересуется  темой (особенно некоторые директора агрохолдингов), то стоит переводить и читать. Текст простой, картинки ясные. Буквально несколько примеров.

В сельском хозяйстве прямо или опосредовано задействовано 11% всех трудящихся Германии.

Продуктивность сельского хозяйства за 20 лет возросла в два раза.

В 1900 году один фермер кормил четырех человек, в 1950 – 10 человек, в 2010 году -131 человек.

Потребление: в 1900 году на питание уходило половина доходов, а в 2010 – 14,7% (без учета деликатесов – 11,5%).

Экологически ориентированное хозяйство занимает 6,1% всех площадей. Из всех ЕС стран Германия стоит на третьем месте после Испании и Италии. Переход на экологическое земледелие выгодно только в одном случае – если продукты продавать намного дороже. Расходы на пестициды уменьшаются, возрастает в два раза стоимость персонала, на треть уменьшается добыча молока (я знаю, что не добыча, просто так смешнее), в два раза урожайность пшеницы (при этом стоимость этой же пшеницы вырастает в два раза). Мнения потребителей тщательно изучается и на первом месте стоит мнение потребителей, что это намного здоровее. Так что теперь под этим соусом и будем потреблять.

В отчете также обзор мировых сельхоз рынков по культурам, а также прогнозы импорта-экспорта в свете общей экономической ситуации. Что интересно, Россия – третий по значимости торговый партнер Европы после Китая, причем из России в Европу экспортируется на 90 миллиардов евро больше, чем импортируется туда.

Апд. И чтоб два раза не вставать.

4. Геномщики еще раз согласны с этнографами, что
цыгане родом из северозападной Индии, откуда они свалили полторы тысячи лет тому назад.

5. Зеленый чай со всех сторон хорош. Поверьте на слово.

6.
Земля ночью. Просто красивая картинка о том, кто будет за собой последним выключать свет.

7. Камчатский вулкан Плоский Толбачик с
космоса.

8. Британский food minister Owen Paterson
весь такой за ГМО. Уэльским борцам против ГМО будет против чего бороться.

Зараза

Загибаем пальцы:

Зевота заразительна. Это эмпатия.

Почесывание тоже заразительно. Это невротизм.

Теперь внимание!
Беременность, оказывается, тоже заразительна.

Это коллективное безумие
!

В Германии проанализировали 42.394 беременных из 7.560 относительно небольших фирм (максимум 150 человек) за время с 1993 по 2007 год.

Оказалось, что если на фирме сотрудница завела ребенка, то вероятность того, что в течении года еще кто-то решится, возрастает в два раза. Даже на второй год признаки коллективного женского психоза сохраняются. Важно, что заражаются обычно те, которые с беременными примерно одного возраста. Исследователям не удалось отделить объективные причины, вроде схожести социальных условий, от субъективных, вроде просто хочу и себе такого сладкого бебика утипуси срочно притом. На мой взгляд, еще не учли возможной роли некоторых сотрудников мужского пола.

Еще из заразного:
политические воззрения заразны. Над фейсбуковцами провели эксперимент, о котором они не знали. Очень масштабный эксперимент, 61 миллион юзеров анализировали на пердмет их политической мобилизации. Дело было 2 года назад во время американских выборов в конгресс. На фейсбуке повесили баннер "Сегодня день выборов. Проголосуй". Это было такое информационное послание. Контроль. Нормальный юзер, глядя на такой баннер, должен подумать – ищите дурака!

Опыт: такой же баннер, только с юзерпиками френдов, которые якобы уже проголосовали. Как бы социализированное такое послание. Юзер может быть и не собирался голосовать, но вот посмотрел, что его френды проголосовали и сам заразился – почесался, зевнул и послушно полез кликать.

Новое из передового плана науки о чесании

Для начала вспомним, что мы уже знаем
о зуде и чесании. Мы также знаем, что зуд бывает заразительным. Но почему он заразителен, мы как раз не знаем (почесывает затылок). Мы также не совсем понимаем, зачем нам это вообще знать.

Можно предположить, что это частный случай
эмпатии и на этом успокоиться. Но ученые, они не такие. Им надо точно знать, почему чесотка бывает заразительной. Чтобы узнать точно, они взяли добровольцев и давай на них все изучать, показывая чесательные клипы. Для начала определили контроль. Вот так: Слева – это опытное почесывание, а справа – контрольное ручное воздействие.


Подопытных кроликов
Добровольцев разделили на две группы. Одной не разрешали чесаться, даже если им хотелось после просмотра клипа, а запихнули в томограф, с целью посмотреть мозг. Другую группу отправили в лабораторию и подглядывали, сколько кто раз спонтанно зачесался (чешется за ухом). Кроме того, всех еще и опрашивали специальным опросником с целью замерять уровень эмпатии и всякие другие вопросы тоже задавали. Результаты записывали в лабораторный журнал.

Обнаружилось, что воприимчивость к почесывательной видеозаразе вовсе не коррелирует с эмпатичностью, а коррелирует с
невротизмом. Так что если вы почесались пару раз в процессе чтения этой заметки, так и знайте – скорее всего вы невротик. Велкам ту зе клаб!

Статью можно почитать
здесь.

Зайти в лабораторию исследователей и
посмотреть на них – сюда.

А по поводу невротизма (чешет нос) – обращаться в
блог добрых психиатров за консультацией.

Отвратительная подборка

День какой-то отвратительный. И погода отличная, и работа ладится, а отвращение просто в окно лезет. Ну что ж, вижу, не отвертеться. У
stelazin об
отвращении текст. Кому мало отвращения, я тоже когда-то не только о ГМО писала. Бывало дело, и об
отвращении тоже. Если и это не помогло, то сначала
ткните сюда и насладитесь созерцанием плодов лотоса, а потом гуглите Trypophobia. Кто еще не знает, то это отвращение к регулярным паттернам, вроде спинки пипы суринамской. А
теперь сюда. Если вы еще минуту назад считали себя вполне устойчивым к регулярным паттернам, то через несколько картинок может стошнить уже даже от созерцания вязанной салфетки и обычной брокколи. Бу-э.

Вот теперь другое дело. Теперь небо за окном гораздо синее, листва желтее и аппетит пропал. Ушла за горохом.

Тэкс

Последнее время меня начали в разных местах упрекать в том, что я пишу только на тему ГМО. Прям так заходят и спрашивают. Во-первых, не только, во-вторых, даже если о ГМО. Впредь любопытствующим совет – сходите в кулинанрый какой блог и спросите, почему там одни рецепты

и котики
. Расскажете потом, чем это закончилось.

Видела в одном немецком блоге негодование. Даже два негодования. Одно – ну сколько можно муссировать эту тему? За этим сразу другое негодование – до тех пор, пока в комментариях будет встречаться мракобесие, считаю, что образования мало не бывает.

Для примера вытащила наугад комментарий "Прямо как в детстве – молоко в голубом пакете, синяя птица, помидоры, тогда еще натуральные, не ГМО". Ну вы догадываетесь – будет про помидоры. Не ГМО. Ну, немножко все-таки
и ГМО

Рос себе обычный дикий помидор. Плод зеленоватый у него. В нем (возможно в целях защиты от грызунов каких) вырабатывались эфиры уксусной кислоты. Надо спросить у
flavorchemist, что это за "химия", но судя по описанием пахнет шкуркой зеленого банана. Зеленый такой томат с "зеленоватым" малосъедобным запахом. Для духов сойдет, но вкусному томату такое ни к чему.

У этого зеленого дикого томата в геноме припасено было пять генов, которые кодировали фермент, способный преобразовывать эти эфиры уксусной кислоты до приятных вкусных ароматов вроде cis-3-Hexenol. Причем только один из них работал в плодах, причем вдруг смутировал и стал еще эффективнее разваливать эфир уксусной кислоты до немного приятного запаха. Но потом, где-то в процессе натуральной эволюции, когда томат покраснел, случилось еще одно натуральное молекулярное событие. В промотор (последовательность ДНК, которая способствует "включению" гена), впрыгнул транспозон. А транспозоны – это такие маленькие участки ДНК, способные "прыгать" по геному, как блохи. Совершенно (почти) непредсказуемо. Вот один транспозон впрыгнул и ген кааааак включился! И весь эфир уксусной кислоты вмиг переработался на ароматизаторы, которые,

известно, зло
распознаются нашим носом как приятный помидорчик. Это все зафиксировалось в эволюции, а потом в селекции. Потом, правда, в процессе селекции опять потерялось, но вот, нашли нужный кусок ДНК. Скоро опять на ваших прилавках. Нет. Не ГМО. Традиционно обратно населектируют.

Это была передача о пользе неожиданных мутаций в судьбе томатов. (
тут оригинал) Кстати, почти та же участь постигла кровавый апельсин. Как он там называется, не знаю. Sicilian blood oranges, короче. Ну так там тоже транспозон заскочил в ген Ruby, как апельсин стал
антоцианы накапливать.

Теперь будет о трансгенных томатах, уж простите. Я тут опять наткнулась на очередное заявление эксперта по биобезопасности. Дескать трансгенный томат вызывает у крыс
Holes in the stomach (предпоследняя графа в таблице). Ну дырки в животике. Мало того, что сейчас любой невкусный томат считается ГМО (ошибочно), так еще дырки в животике! У меня чуть глаза из орбит от ужаса не повылазили. Ну и вот известная калифорнийская инициатива по необходимости маркировки ГМО
тоже об этих дырах пишет п. 7. Речь идет о FlavrSavr томате, если кто не догадался. Тот, который исчез с рынка в 1997 году. В общем, слухи появляются скорее, чем мне удается рубить шашкой.

Тем не менее, девиз инициативы мне понравился "Right to know".

Я тоже считаю, что у потребителя есть право знать. Мы его сейчас будем реализовывать. Значит калифорнийская инициатива 37 пишет следующее: The U.S. Food and Drug Administration had data dating back to early 1990s showing that rats fed GM tomatoes with antisense gene to delay ripening had developed small holes in their stomachs. Внимание, после этого FDA допускает FlavrSavr томат на рынок как безопасный. Спятили они там в своем FDA, что ли?!! Идем разберемся с этой FDA!

Внимание, задачка для олимпиады. Посмотрите на табличку FDA
в этой ссылке раздел Gastric Erosions и ответьте на следующие вопросы:

1. Сколько экспериментов по кормлению крыс трансгенным томатом проводили?

2. Почему проводили столько экспериментов?

3. Почему в третьем эксперименте крысы, которые вместо трансгенного томата, получали воду, демонстрировали Gastric Erosions?

4. А почему крысы, которые ели нетрансгенный томат, также демонстрировали Gastric Erosions?

5. Можете ли вы сказать по результатам эксперимента, что трансгенный томат вызывает Holes in the stomach?

6. А можетет ли вы сказать, что нетрансгенный томат вызыват Holes in the stomach?

7. Как вы думаете, на каком этапе Small Gastric Erosions превратились в Сильное повреждение желудка Holes in the stomach?

7. Надо ли маркировать все продукты, содержащие томаты?

8. Передайте ссылку FDA вместе с вашими ответами эксперту по биологической безопасности.

Про сахар

Начну издалека. Тема исследования Сералини за последние две недели ушла в новое русло. Дескать, журналистика падкая на сенсацию и все такое. Вроде как есть эффект "одиночного исследования". Если появляется совершенно новое сенсационное, то есть шанс его повыгоднее продать в медиа, а очень часто такие исследования требуют дополнительных перепроверок и при таких перепроверках сенсация не подтверждается. Вместе с тем интересные удивительные исследования совсем рядом. Я сейчас об одном таком расскажу.

Все знают, что в процессе фотосинтеза в листьях из воды и углекислого газа получается сахар. Из листьев этот сахар поступает в запасающие органы растения, где преобразуется в сложные сахара или служит скелетом для синтеза аминокислот. Все помнят еще со школы, что у растения есть для транспорта сахара и питательных веществ проводящие ткани – флоэма (сахар) и ксилема (вода и минеральные соли). А знаете ли вы, что еще до прошлого года никто толком не знал, как именно сахар проникает из клеток листьев в околоклеточное пространство, а оттуда во флоэму. Это было настоящее белое пятно. И это очень удивительно, потому что мы все как бы выживаем за счет употребления запасающих органов растений. Вся селекция направлена на то, чтобы они получались покрупнее и побольше. А как это происходит транспорт на уровне клетки – непонятно.

Транспортеры сахара В клетку нашли уже давно. Но это все не добавляло ясности к вопросу транспорта сахара ИЗ клетки. Ведь должен он как-то оттуда обратно выбираться? В некоторых случаях сахар движется по плазмодесмам, таким межклеточным соединениям. Но не всюду и не всегда. Ясно было одно, что должны быть такие молекулярные ворота для сахара из клетки, но как их найти?

И вот Вольф Фроммер начал масштабный проект по поиску таких ворот. Меня восхищает подход, это очень красивая и кропотливая работа. Предполагалось, что это должны быть мембранные белки. Для этого собрали коллекцию всех генов из Арабидопсиса, которые кодируют мембранные белки и эти гены вставили в человеческие клетки линии HEK293T. Кроме всего прочего, эти клетки известны тем, что сами по себе не транспортируют сахар наружу. Затем к этому всему добавили оптические молекулярные сенсоры сахара. Сенсор хитро сконструирован: посредине белок, который способен связывать сахар, а по бокам различные флюоресцирующие белки. Когда эта конструкция хватает сахар, то происходит конформационный сдвиг, который изменяет флюресценцию (которую можно померять). Так вот, соорудили коллекцию человеческих клеток, каждая из которых экспрессировала мембранный белок и давай тестировать каждую этими сенсорами. В общем, это могло не получиться из-за целой кучи причин, но это получилось. Обнаружились такие белки-ворота сахара. И оказалось, что это не новые, а давно полуизвестные гены. То есть известно, что они есть, что они задействованы в ответе растения на заражение микробами и давно известны в патогенезе. Только никто толком не знал, что они делают.

А обнаружилось вот что. Бактерия (или грибы), заражают растение, посылают туда свои специальные молекулы, которые "включают" синтез этих сахарных ворот. Растение начинает поставлять сахар из клетки, а голодным патогенам только этого и надо. Потом обнаружилось, что и симбионты так промышляют. Затем обнаружилось целое семейство этих генов, которые вовсе в патогенном ответе не задействованы, а в нормальном здоровом организме транспортируют сахар из клеток в разных частях растения. Разве это не чудо?

Гены называются Sweet. Это одна из самых моих любимых ботанических историй.