Arabidopsis thaliana — modeļorganisms augu ģenētikā un sinepju dzimtas augs

Arabidopsis thaliana — centrālais modeļorganisms augu ģenētikā; uzziniet par genoma atklājumiem, sinepju dzimtas īpašībām un mūsdienu pētījumu pielietojumiem.

Arabidopsis thaliana ir neliels ziedošs augs, kura dzimtene ir Eiropa, Āzija un Āfrikas ziemeļrietumi. To plaši izmanto kā modeļorganismu augu ģenētikā. Arabidopsis ir sinepju (Brassicaceae) dzimtas pārstāvis, kurā ietilpst tādas kultivējamas sugas kā kāposti un redīsi. Tas ir neliels, viengadīgs lakstaugs ar rozetes tipa lapu izkārtojumu, nelieliem baltiem ziediem un sēklām, kas viegli uzkrājas un glabājas.

Izskats un bioloģija

Izmērs un morfoloģija: pieauguša auga augstums parasti ir daži centimetri līdz ~20–30 cm atkarībā no apstākļiem. Lapām ir vienkārša vai nedaudz saišķveida struktūra, ziedi ir mazi ar četriem ziedlapu pāriem (raksturīgi Brassicaceae). Sēklas ir mazas un viegli izplatāmas.

Dzīves cikls: Arabidopsis thaliana parasti ir viengadīgs augs ar īsu ģenerāciju laiku — no dīgšanas līdz sēklu ražošanai var paiet aptuveni 6–8 nedēļas laboratoriskos apstākļos. Tas dabiski apputeksnējas galvenokārt pašapsēklojoties, taču iespējams arī krusteniskais apputeksnēšanās, ja no ārpuses ieceļ opīres vai insekti.

Izplatība un biotopi: nav prasīgs augsnes ziņā — to var atrast gan laukos, gan ceļmalās, laukmalās un citviet, kur ir brīvas, nedaudz traucētas augsnes. To plaši izmanto rūpnieciskās un akadēmiskās laboratorijās, jo to var audzēt telpās uz agara šķīdumiem vai augsnē ar minimālu aprīkojumu.

Genoms un molekulārās resursi

Tas bija pirmais augu genoms, kura sekvencēšanu 2000. gadā pabeidza Arabidopsis genoma iniciatīva. Refences ekotips ir parasti Kolumbijas izcelsmes (Col-0). Haploīda hromosomu skaits ir pieci (n = 5), un genoma lielums ir aptuveni 125 miljoni bāzes pāru. Jaunākā Arabidopsis thaliana genoma versija tiek uzturēta The Arabidopsis Information Resource (TAIR), kur pieejama genoma anotācija, ģenētiskie kartējumi un cita saistīta informācija.

Ir paveikts liels darbs, lai noskaidrotu, ko dara 27 000 gēnu un 35 000 olbaltumvielu. Plaši pieejami ir T‑DNA inserciju radu resursi, EMS mutanti, transgēnu līnijas, CRISPR/Cas9 rīki, kā arī plašs molekulāro marķieru un ekspresijas datu klāsts. Šos resursus papildina starptautiski datu kopumi (piem., dažādu populāciju genomikas pētījumi) un materiālu krātuves, kas izplata sēklas un līnijas pētniekiem.

Kāpēc Arabidopsis ir populārs modeļorganisms

• Īss dzīves cikls un mazi izmēri — ātra eksperimentālā rotācija un ietilpība audzēšanas telpās.
• Vienkārša ģenētika — maza hromosomu skaita un labi izpētīta genoma dēļ ir vieglāk sasaistīt fenotipu ar gēnu.
• Daudz molekulāro rīku — viegli veikt transformācijas (bieži izmanto Agrobacterium balstītas metodes, piemēram, "floral dip"), marķēšanu ar GFP, proteīnu-interakciju pētījumus, transkriptomu analīzes u.c.
• Labi dokumentēti mutanti un plaša kopienas datubāze — TAIR un citas datu noliktavas ļauj ātri atrast informāciju par gēniem un fenotipiem.

Pētījumu jomas

Attīstības bioloģija: Arabidopsis palīdz izprast ziedu veidošanos, lapu polaritāti, meristēmu darbību un augšanas regulāciju. Slaveni gēni, kas ietekmē ziedēšanu (piem., CONSTANS, FLC, FT), ir izpētīti tieši, pateicoties šim modelim.

Signāli un hormoni: tiek pētīta šūnu signālizācija un hormonu darbība (auxīns, giberelīni, citokinīni, abscizskābe u.c.).

Imūnītāte un stresu atbildes: Arabidopsis ir intensīvi izmantots augu imūnsistēmas, patogēnu mijiedarbību, piesārņojuma un klimata stresa pētīšanai.

Epigenētika un regulācija: pētījumi par DNS metilāciju, histonu modifikācijām un mazo RNS lomu gēnu regulācijā ir snieguši plašas atziņas, kas attiecas arī uz citām augu sugām.

Praktiski apsvērumi pētniecībā

Darbs ar Arabidopsis prasa pamataprīkojumu (augsnes substrāti, kontrolēta apgaismojuma un temperatūras telpa vai augu kameras), kā arī piekļuvi datu bāzēm un materiālu krātuvēm, ja nepieciešamas specifiskas līnijas. Pētījumu rezultāti bieži kalpo par atskaites punktu, ko vēlāk var pārbaudīt lauksaimniecības kultūrās.

Secinot — Arabidopsis thaliana ir mazs, bet ārkārtīgi ietekmīgs augs zinātnē. Tās pilnībā sekvencētais genoms, plašā pieejamo rīku un materiālu klāsts un īsais dzīves cikls padara to par nepārvērtējamu resursu augu molekulārajā bioloģijā, attīstības ģenētikā un ekoloģiskajos pētījumos.

Jautājumi un atbildes

J: Kur ir Arabidopsis thaliana dzimtene?

J: Kādam nolūkam Arabidopsis thaliana izmanto augu ģenētikā?

J: Kurai dzimtei pieder Arabidopsis thaliana?

J: Kādas vēl sugas ietilpst sinepju dzimtas augu grupā?

J: Kad tika sekvencēts pirmais augu genoms un kurš augs tas bija?

J: Kas uztur jaunāko Arabidopsis thaliana genoma versiju?

J: Kādas augu īpašības ir pētītas, izmantojot Arabidopsis thaliana?

Meklēt pēc burta