https://bodybydarwin.com
Slider Image

BeerSci: Afdækker bygets hemmeligheder

2021

Sidste måned meddelte videnskabsmænd et stort gennembrud inden for bygforskning: De havde omsider sekventeret hele byggenomet. Som svar kørte nogle medier med historier, der erklærede, at dette på en eller anden måde vil resultere i bedre øl (byg er en af ​​ølens vigtigste ingredienser). Selvfølgelig, på et eller andet niveau, vil forstå byggenomet give bedre - eller mere eller billigere - øl, især hvis klimaændringerne går ned, som forskerne har mistanke om, at det vil og afgrøder bliver sværere at dyrke på grund af dårlige miljøforhold . Men disse mediehistorier mangler pointen: Den slags hyperøl med bedre øl er lidt som at tage nogle NASA-resultater fra Solar Dynamics Observatory og sige, at dataene vil hjælpe dig med at få en bedre solbrun. Konsekvenserne af forskningen er meget mere komplekse.

Lidt baggrund: By er et medlem af stammen Triticeae sammen med andre dominerede korn som hvede og rug. Disse afgrøder er blandt de tidligste domesterede landbrugskornprodukter - arkæologiske beviser tyder på, at mennesker tamede byg for ca. 10.000 år siden.

Hvad International Barley Genome Sequencing Consortium offentliggjorde i tidsskriftet Nature i sidste måned var et udkast - et delvist komplet kort over alle gener - af byggenomet. Det var en bemærkelsesværdig bedrift, og det tog år at overvinde de tekniske forhindringer: Ved 5, 1 gigabaser er byggenomet 1, 3 gange større end det menneskelige genom, og meget af byggenomet består af gentagne sekvenser, hvilket gør det svært at regne nøjagtigt ud, hvor alle disse overflødige sekvenser går.

Formålet med arbejdet er til sidst at forbedre byg, så det er mere modstandsdygtigt over for sygdomme og ugunstige forhold end nuværende kultivarer (specifikke sorter af byg, der specifikt er skabt til at have et ønskeligt træk), berige plantens kostindhold og, ja, finjustere sandsynligvis kernerne, så de er mere effektive eller bedre til ølproduktion.

Men det er langt væk. Jeg talte med Nils Stein, en forsker ved Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research i Tyskland og en af ​​de vigtigste efterforskere i byggeneprojektet, om papiret. Stein understregede, at det, de offentliggjorde, kun er det allerførste udkast til genomet. De har det fysiske kort - placeringen af ​​alle de enkelte bogstaver - men de har ikke placeringen af ​​alle generne på det kort. Grundlæggende er det som at vide, hvor alle bogstaverne er i en roman, men ikke helt ved, hvordan alle disse breve bryder op i ord. Medlemmerne af konsortiet har nogle data: De var i stand til at kortlægge positionerne af 24.154 gener til det fysiske kort, ca. to tredjedele af antallet af gener (30.400), som byg antages at have i alt.

Derudover sammenlignede de genomerne fra forskellige kultivarer af byg. Det vigtigste genom, der er sekventeret, Morex, er en seks-række byg. Jeg spurgte Stein, hvorfor de betragtede Morex som den bedste "basislinje, mens alle de andre kultivarer, de havde undersøgt, var to-rækkes byg. Han forklarede, at USDA havde foretaget betydelig undersøgelse af Morex-kultivaren i fortiden - det er den, om hvilken vi ved mest, og dermed givet et godt grundlag for videre forskning.

Hvorfor skulle håbefulde hjemmebrygere bry sig? Fordi to-række og seks-række byg opfører sig lidt forskelligt i mos, hvilket kan have dybe effekter på bryggeeffektivitet og egenskaber ved det færdige øl (et komplekst fænomen, jeg kommer ind på i en fremtidig kolonne). Jeg regnede med, at enhver, der var nerdulent nok til at ønske at vide om genetiske forskelle i kultivarer, ville være nysgerrig om, hvilken slags byg der blev brugt i undersøgelsen med en enkelt nukleotidvariation.

Da konsortiumforskere sammenlignede de forskellige seks-række- og to-rækkes bygkultivarer, opdagede de, at de kromosomale regioner nær centromererne 1.) havde mange funktionelle gener på dem, og 2.) ikke udviste stor variation inden for og i et vist omfang mellem kultivarer. Resultatet er, at kun enderne af kromosomerne rekombineres - byttes bidder af DNA - ofte. Dette vil være noget af en forhindring for fremtidige bygforskere at overvinde: Du kan ikke avle et bedre, mere sygdomsresistent byg, hvis de gener, du har brug for at overføre mellem kultivarer under avl, bare ikke rekombinerer hinanden. Stein præciserede, at man kunne bruge genmodifikationsteknikker til at målrette mod de vanskeligt tilgængelige gener nær centromerer, og han var også hurtig med at forklare, at ikke alle byggener bor i disse områder - der er masser af træk, som traditionelle opdrættere kan rode med.

Fremover ønsker Stein at klarere forstå placeringen af ​​gener på det fysiske kort og transkriptomgenprodukter som protein eller regulatorisk RNA - byg, hvilket vil hjælpe forskere med at forstå, hvordan genekspression kontrolleres. Det ville til gengæld give ledetråde til, hvordan planteopdrættere selv kan kontrollere genudtrykket.

Stein siger også, at byg vil gøre et fremragende model genom til forståelse af beslægtede afgrødeplanter, hvis genom er endnu mere komplekse: hvede, for eksempel, er hexaploid (det har seks kopier af hvert kromosom; byg har to), og dets genom er et massivt 17 gigabaser store. Ligesom byg er hvede en af ​​de vigtigste stapelfødevarer i verden, og afgrøden vil støde på de samme miljøpres - tørke, sygdom, skadedyr, brakvand, underjordisk jord - som byg i lyset af klimaændringer.

Så du kan se, at drille de utallige kompleksiteter af en organisme genom og at genomets tidsmæssige, rumlige og strukturelle organisation er et helvede af en opgave - men en vigtig en, der ikke kan opsummeres i en 200-ord nyhed.

Følg BeerSci på Twitter @BeerSci!

Sådan forbliver du sikker på offentlig Wi-Fi

Sådan forbliver du sikker på offentlig Wi-Fi

GE's proces til nulstilling af smarte lyspærer er kompliceret, men nødvendig

GE's proces til nulstilling af smarte lyspærer er kompliceret, men nødvendig

10 underlige små udlændinge, du kan finde lige her på Jorden

10 underlige små udlændinge, du kan finde lige her på Jorden