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.

Advertisements

О синтетической биологии

Когда я пишу о ГМО, то чаще всего имею в виду три десятка наименований трансгенных растений. Буквально недавно
flavorchemist придумал взять у меня интервью, которое не все поместилось на прокрустовом ложе. Как раз я сказанула одну вещь, которая не вошла в конечную версию – "
Я бы охарактеризовала текущую эпоху (в биотехнологии) как время накопления капитала знаний".

А я считаю, что это тема важная и актуальная. Смотрите сюда. Генная инженерия распахивает ручищи до размеров, которые называются
синтетическая биология. Это вовсе не формальный союз генетиков, ботаников и физиков с химиками. Это генетическая инженерия, которая не отдельные гены туда-сюда переносит, а изучает строение целых геномов, принципы их функционирования и приближается к тому, чтобы клепать совершенно новые организмы на свое усмотрение.

Смотрите сначала на эту картинку

Это распределение темы "синтетическая биология" в различных научных сферах. Как мы видим, вопросами синтетической биологии занимается преимущественно фундаментальная биохимия, молекулярка, химия, физика, информатика, а прикладная сфера ограничена микробиологией, возможно еще фармакологией. Растительная синтетическая биология еще в загоне, а в пищевой технологии и сельском хозяйстве только первое приближение.

Но работа, как вы видите, кипит. Теперь смотрим еще одну картинку, где она кипит. 40 стран мира задействованы в исследованиях на поприще синтетической биологии. Найдите свою страну на карте и сделайте правильные выводы.

В этой статье (всем доступной) есть еще много интересных картинок в хорошем разрешении, кто это финансирует, о чем статьи и, главное, что у нас там с биологическими и другими этическими рисками. Угу.

Понаехали!

В Нейчур статейка
о глобализации и миграции в науке. Там и опросы, и исследования разные. Вот интересная картинка, из какой страны в какую ученые мозги понавыехали (въехали). Неожиданно много немцев всюду (а я то думаю, куда эти все постдоки деваются?), опять таки, порция китайцев в американской науке как-то мала.

Чтоб два раза не вставать, может вдруг еще кто не знает об этих уроках статистики
Khan Academy

Фигасе. Вот это и я, понимаю, биоинформатики.

Next-Generation Digital Information Storage in DNA

ДНК кодирует 2 бита на нуклеотид или 455 триллиона битов на грамм (16х10
20 нуклеотидов. Для сравнения геном человека3,27х10
9 нуклеотидов длиной) , не ограничена плоским слоем и может все еще читаться тысячелетие спустя, несмотря на деградацию при хранении в неидеальных условиях. Первые попытки сохранять информацию в ДНК были предприняты в 1988 году. Тогда удалось закодировать 7920 битов. Теперь вот новый подход. В этой работе взяли html драфт книжки на 53425 слов, 11 джпегов и 1 джава-скрипт (простите, лень переключать раскладку) и закодировали это все в 54898 штук коротких нуклеотидных кусков, в каждом по 96 битов. Затем это все распечатали на струйном принтере. Нет, ну серьезно. Ну хорошо, почти серьезно. Биочипы делаются по принципу струйных принтеров. Ну как вам это объяснить? Ладно, в следующий раз объясню, как работает Illumina HiSeq. Короче, это все потом обратно прочитали, сложили и раскодировали книжку с картинками.

В отличии от попытки 1988 года, эти авторы закодировали не два, а один бит на нуклеотид: аденин и цитозин – 0, а гуанин или тимин – 1.

В общем у них получилась плотность 5.5 petabits/mm
3 at 100x synthetic coverage. По приблизительным подсчетам содержимое интернета помещается на пластинке размером с ноготь на мизинце, а всю информацию, которая есть на Земле, можно закодировать в 4 гр ДНК.

Хороших вам выходных!

Кому должна, всем прощаю

Любі друзі,

пишу тут сразу всем, кому что-то обещала и кто бомбит мне в личку интересные вопросы. У меня сейчас такое время наступило, что я не хожу, а бегаю. Созрели в теплицах генномодифицированные монстрозные эмбрионы, требуют вмешательства. Сейчас вышла одна интересная статья о разворачивании генетической программы в эмбрионах растений. Мне очень бы хотелось об этом рассказать, но никак не удается растянуть длину суток. Физики явно не дорабатывают. Кому интересно последний писк генетики
эволюционной эмбриологии, тыкает
сюда и разбирается сам. (Это я привлекаю внимание эволюционистов к статье, может им будет тоже интересно).

У меня на носу отчетный семинар по моему проекту. Внезапно оказалось, что наличие собственного проекта предусматривает обязательное участие в куче пустых базаров, которые ошибочно называют брейнсторминг. В дополнение к этому всему, у меня поломался левый глаз, а у сына челюсть вместе с зубами. Сыну зашили рот и уложили отдыхать в клинику, а я, в качестве воспитательного момента, дала ему читать "Зубную фею" Грэма Джойса (кто читал, тот оценит мой черный юмор).

К тому же вчера начался новый учебный год с того, что ночью повторяли с дочкой квадратные числа до 20 наизусть. Всплакнули, конечно, от огорчения, но доучили до 19 в квадрате.

Зато я со вчерашнего дня
дёрти ру! Бегу к доктору спасать глазик. Оказалось, что без глаза как без рук.

Thigmomorphogenesis

"… прямо с ходу я узнал кое-что о биологии: там очень легко найти вопрос, который был бы очень интересным и на который никто не знал бы ответа"

Ричард Фейнман

Я тут с отпуска вернулась, сейчас буду байки травить. На конференции доклад послушала.

Вот стоит одинокая сосна на утесе, кривая и покореженная

А в нормальном лесу она стройно-корабельная, вот такая

Ну мы как бы понимаем, что ветер сосну согнул. Но как именно эта сосна понимает, что с той стороны ветер и не растет в ветренную ту сторону и даже не пытается, а наоборот в другую сторону клонится? Для этого явления придумали термин "тигмоморфогенез" и изучают теперь молекулярные механизмы чувствительности к механическому воздействию ветра, капель дождя, насекомых, приземлившихся на листок. Понятно, чтобы узнать, почему сосна корежится, надо сначала разобраться на чем-то мелком и быстрорастущем. Как всегда, на арабидопсисе. Взяли, значит, арабидопсис и давай к нему прикасаться несколько раз в день кисточкой.
Оригинал статьи тут.

Вот что получилось.

"Тронутые" растения были помельче, цвели позже и, как показал биохимический анализ, содержали больше растительных гормонов жасмонатов. К слову, эти гормоны регулируют не только рост и развитие, но также защиту от насекомых. Так что эти "тронутые" растения становятся не только мелкими, но и устойчивыми к атакам насекомых.

После доклада вопрос из зала: а почему кисточкой, а не ветерком на арабидопсис воздействовали, как на сосну на утесе? Докладчик: нуууу, пробовали и ветерком, феном на растение дули. Вопрос из зала: и каков эффект? Докладчик: растение высохло и сдохло.

Кстати, эта проблема механической чувствительности растений вылезла неожиданным боком. У нас тут в хайтех теплицах растения ездят на транспортерных лентах, ну так, чтобы их со всех сторон посветить, подвезти к камере и сфотографировать. И эта езда и потрясывание конечно же распознаются растениями и все контрольные эксперименты идут лесом.

Новости

1. Новость первая. Роспотребнадзор читает мой ЖЖ. Помнится
был у меня пост с финальным аккордом: Чтоб не есть страшное чужое ГМО, свое надоть делать.

Читатели принесли чудесные
ссылочки.

"Это все импортные продукты. А хотелось бы, чтобы эту нишу заполнили продукты, биотехнологии российского производства", – отметил начальник отдела Роспотребнадзора Геннадий Иванов.

2. Новость вторая, бурно празднуется сегодня, хотя прорыв скорее технологический, чем научный. Ученые из Вашингтонскаго университета
придумали просеквенировать геном плода, причем никаких эмбриональных жидкостей и сложных заборов материала не понадобилось. Взяли просто кровь беременной мамы и мазок изо рта папы. Готово.

Вы спросите,

причем тут папа
а где эмбрион? Объясняю, еще раньше обнаружилось, что в крови у мамы плавает ДНК ребеночка. Не клетки, а просто куски ДНК. Вроде до 13% доходит. Взяли, значит, кровь мамы и выделили всю ДНК (и мамину и ребеночка в кучу). Теперь вы должны спросить, причем тут папа. И мамина, и папина ДНК нужны, чтобы потом разобраться, которая ДНК у мамы в крови папина, то есть похожа на ребеночкину.

В сторону: беременные, знаете ли вы, что в вашей кровушке плавает половина ДНК точь точь как у супруга?

Все это взяли и просеквенировали, то есть прочитали. На этом работа биологов закончилась. Пришли биоинформатики, оба, кстати, Graduate Studentы


И собрали это все в кучу. При этом получилось увидеть около 36 свеженьких мутаций. Пока еще для этого метода надо глубокий тщательный сиквсенс материнского и отцовского геномов, но уже не надо никого колоть и резать.