Arabidopsis thaliana — modelinis augalas genetikos ir genomo tyrimams

Arabidopsis thaliana yra nedidelis žydintis augalas, kilęs iš Europos, Azijos ir šiaurės vakarų Afrikos. Jis plačiai naudojamas kaip augalų genetikos modelinis organizmas. Arabidopsis yra garstyčių (Brassicaceae) šeimos, kuriai priklauso tokios kultūrinės rūšys kaip kopūstai ir ridikėliai, narys.

Tai buvo pirmasis augalų genomas, kurio seka buvo sudaryta 2000 m. įgyvendinant Arabidopsis genomo iniciatyvą. Naujausia Arabidopsis thaliana genomo versija yra saugoma Arabidopsis informaciniame šaltinyje (The Arabidopsis Information Resource, TAIR).

Daug nuveikta siekiant išsiaiškinti, ką veikia 27 000 genų ir 35 000 baltymų. Arabidopsis yra populiarus įrankis, padedantis suprasti daugelio augalų požymių, įskaitant žiedų vystymąsi ir šviesos jutimą, molekulinę biologiją.

Pagrindinės savybės

• Mažas dydis ir paprasta morfologija: dauguma ekotipų yra žemi, kompaktiški augalai, todėl juos lengva auginti laboratorijoje ir stebėti.
• Trumpas gyvavimo ciklas: nuo sėklos iki sėklos gali praeiti apie 6–8 savaitės (priklausomai nuo sąlygų), tai leidžia greitai atlikti kelias kartas per metus.
• Genetinė įvairovė: yra gausu natūralių ekotipų (pvz., Col-0, Ler) ir mutantų linijų, kurios palengvina genų funkcijų tyrimus.
• Kintamumas ir įrankiai: lengvai daromos mutacijos, naudojami T-DNA įterpimai, RNAi, dabar plačiai taikomas ir CRISPR/Cas genų redagavimas.
• Kompaktiškas genomas: genomas yra nedidelis (maždaug šimtų megabase'ų dydžio tvarkose — pirmoji visa seka paskelbta 2000 m.), kas palengvina sekvenavimą ir analizes.
• Kromosomų skaičius: ląstelėje yra 5 poros chromosomų, kas supaprastina genominių pokyčių analizę.

Gyvenimo ciklas ir auginimo praktika

Arabidopsis thaliana auginamas tiek ant dirvožemio vazonėliuose, tiek ant specialių agarinių terpės plokštelėse. Sėklos yra labai smulkios, todėl dažnai naudojama stratifikacija (šaldymas), kad paspartintų vienodą daigumą. Augimo sąlygos aktyviam vegetatyviniam augimui dažnai būna apie 20–22 °C ir 16 val. šviesos / 8 val. tamsos (ilgų dienų sąlygos), bet priklausomai nuo eksperimento gali būti naudojamos ir trumpesnės dienos ar skirtingos temperatūros.

Genomas ir genetiniai ištekliai

Po pradinio genomų sekos sudarymo 2000 m., Arabidopsis genomas ir toliau buvo tobulinamas: atnaujinamos anotacijos, identifikuojamos naujos genų izoformos ir reguliaciniai elementai. Duomenys kaupiami ir prieinami duomenų bazėse, iš kurių plačiausiai naudojama TAIR. Taip pat pasaulyje veikia sodininkystės ir mutantų saugyklos, kuriais mokslininkai gali užsisakyti mutantų, transgeninių linijų ir natūralių ekotipų sėklas.

Moksliniai indėliai ir tyrimų sritys

Arabidopsis tapo pagrindiniu modeliu daugelyje augalų biologijos sričių, įskaitant:

• žiedų vystymosi reguliavimą (pvz., genų FLC, FT tyrimai);
• šviesos recepciją ir fotomorfogenezę (phytochromes, cryptochromes);
• hormonų signalizaciją (auksinai, giberelinai, citokinai, abscizinė rūgštis);
• streso atsakus (šaltis, sausra, druskingumas, patogenai);
• epigenetiką, transkripcijos reguliaciją ir baltymų tarpusavio sąveikas.

Privalumai kaip modelinio organizmo

• Greitas reprodukcinis ciklas ir daug palikuonių leidžia greitai atlikti genetinius eksperimentus.
• Didelė mutantų kolekcija (T-DNA linijos, EMS mutantai) suteikia galimybę atlikti tiek forward, tiek reverse genetiką.
• Lengva transformacija naudojant Agrobacterium (floral dip metodas), todėl transgeniniai tyrimai atliekami paprastai ir efektyviai.
• Platus bioinformatinių įrankių ir duomenų bazių spektras (genomų anotacijos, ekspresijos duomenys, baltymų sąveikos žemėlapiai).

Ribotumai ir perėjimas į javus ir kitas kultūras

Nors daug atradimų Arabidopsis sėkmingai perkeliami į kitas augalų rūšis, yra svarbu atkreipti dėmesį, kad tai nėra kultūrinė kultūra: Arabidopsis yra vienaugliškas, mažas ir turi savitą ekologiją. Todėl mechanizmai, atrasti šioje rūšyje, turi būti patvirtinti ir pritaikyti specifinėms kultūrinių augalų biologinėms ypatybėms prieš diegiant praktinius sprendimus žemės ūkyje.

Išvados

Arabidopsis thaliana yra neabejotinai svarbiausias augalų modelis, suteikęs daug žinių apie genų funkcijas, signalines kelių grandines ir augalo vystymąsi. Jo genomo sekos paskelbimas ir gausūs genetiniai resursai padarė šią rūšį nepakeičiama daugelyje fundamentinių ir taikomųjų augalų biologijos tyrimų.

Klausimai ir atsakymai

K: Kur yra kilęs Arabidopsis thaliana?

K: Kam augalų genetikoje naudojama Arabidopsis thaliana?

K: Kokiai šeimai priklauso Arabidopsis thaliana?

K: Kokios dar rūšys priklauso garstyčių šeimai?

K: Kada buvo nustatytas pirmasis augalo genomas ir koks tai buvo augalas?

K: Kas saugo naujausią Arabidopsis thaliana genomo versiją?

K: Kokios augalų savybės buvo tiriamos naudojant Arabidopsis thaliana?

Paieška pagal raidę