Forskningshistoria om Arabidopsis thaliana

Arabidopsis thaliana är en förstklassig modellorganism och den enskilt viktigaste arten för grundforskning inom växtmolekylär genetik .

A. thaliana var den första växten för vilken en högkvalitativ referensgenomsekvens bestämdes (se nedan), och ett världsomspännande forskarsamhälle har utvecklat många andra genetiska resurser och verktyg. De experimentella fördelarna med A. thaliana har möjliggjort många viktiga upptäckter. Dessa fördelar har granskats omfattande, liksom dess roll i grundläggande upptäckter om växtens immunsystem, naturlig variation, rotbiologi och andra områden.

Tidig historia

A. thaliana beskrevs först av Johannes Thal och döptes senare om till hans ära. (Se Taxonomy i huvudartikeln.) Friedrich Laibach beskrev varför A. thaliana kunde vara ett bra experimentellt system 1943 och samlade ett stort antal naturliga accessioner. A. thaliana är till stor del självpollinerande , så dessa accessioner representerar inavlade stammar , med hög homozygositet som förenklar genetisk analys. Naturliga A. thaliana -accessioner kallas ofta för " ekotyper ". Laibach hade tidigare (1907) bestämt A. thaliana -kromosomtalet (5) som en del av sin doktorandforskning.

George Rédei var pionjär med användningen av A. thaliana för grundläggande studier, slutförde de första screeningarna för kemisk mutagenes och skrev en inflytelserik översikt 1975. Rédei distribuerade standardlaboratorietillgångarna 'Columbia-0' och 'Landsberg erecta '.

Gerhard Röbbelen organiserade det första internationella Arabidopsis-symposiet 1965. Röbbelen startade också 'Arabidopsis Information Service', ett nyhetsbrev för att dela information i samhället. Detta nyhetsbrev sköttes av AR Kranz med start 1974 och publicerades till 1990.

Växande intresse, 1975-1986

Allt eftersom molekylärbiologiska metoder fortskred, försökte många forskare fokusera samhällets ansträngningar på en vanlig modellväxtart som petunia eller tomat . Detta koncept förändrade betoningen av den långa traditionen av forskare som använder olika agronomiskt viktiga arter som majs , korn och ärtor . Forskare vid Elliot Meyerowitz laboratorium visade att A. thaliana -genomet är relativt litet och icke-repetitivt, vilket var en viktig fördel för tidiga molekylära metoder. Meyerowitz och kollegor gjorde också viktiga bidrag till utvecklingen av ABC-modellen för blomutveckling via genetisk analys av blommiga homeotiska mutanter . Meyerowitz och Chris R. Somerville tilldelades senare Balzanpriset för deras arbete med att utveckla A. thaliana som modell. Anmärkningsvärda forskare som Gerald Fink och Frederick M. Ausubel övertalades att anta A. thaliana som en modell, inklusive för studiet av värd-mikrob interaktioner. Banbrytande av A. thaliana har använt dess naturliga filamentösa patogen Hyaloperonospora arabidopsidis , den växtpatogena modellbakterien Pseudomonas syringae och många andra mikrober.

A. thaliana rötter är transparenta och har en relativt enkel radiellt symmetrisk cellstruktur, vilket underlättar analys med mikroskopi.

Molekylär kloning, 1986-2000

Kloning av en A. thaliana -gen, ett lokus som kodar för alkoholdehydrogenas , beskrevs 1986.

Genetiska kartor, QTL-populationer och kartbaserad kloning

Utveckling av en genetisk karta baserad på synliga och molekylära genetiska markörer underlättade kartbaserad kloning av mutanta loci från klassiska " framåtgenetiska " skärmar. Växande mängder DNA-sekvensdata underlättade utveckling och tillämpning av sådana molekylära markörer. Beskrivningar av de första framgångsrika kartbaserade kloningsprojekten publicerades 1992.

Rekombinanta inavlade stam /linje (RIL)-populationer utvecklades, särskilt från en korsning av Columbia-0 × Lansberg erecta , och användes för att kartlägga och klona en mängd olika kvantitativa egenskapsloci .

Effektiv genetisk transformation

A. thaliana kan transformeras genetiskt med hjälp av Agrobacterium tumefaciens ; transformation rapporterades första gången 1986. Senare arbete visade att transgena fröer kan erhållas genom att helt enkelt doppa blommor i en lämplig bakteriesuspension. Uppfinningen/upptäckten av denna "floral dip"-metod, publicerad 1998, gjorde A. thaliana till den mest lätttransformerade flercelliga organismen och har varit avgörande för många efterföljande undersökningar. Effektiv transformation underlättade insertionsmutagenes såsom beskrivs ytterligare nedan.

Homeodomängener

Växtens homeodomänfinger heter så på grund av dess upptäckt i en Arabidopsis homeodomän. 1993 Schindler et al. upptäckte PHD-fingret i proteinet HAT3.1 . Det har sedan dess visat sig vara viktigt att kromatin i en mängd olika taxa.

KNOTTED-liknande homeobox-gener, homologer av majs KNOTTED1-genen som kontrollerar skottets apikala meristemidentitet , beskrevs 1994 och kloning av SHOOT-MERISTEMLESS- lokuset publicerades 1996.

Genomprojekt

Ett internationellt konsortium påbörjade sekvensering och sammansättning av ett utkast till genom för A. thaliana 1990. Detta arbete gick parallellt med Human Genome Project och relaterade projekt för andra modellorganismer, inklusive den spirande jästen S. cerevisiae , nematoden C. elegans och flugan Drosophila melanogaster , som publicerades 1996, 1998 respektive 2000. Projektet byggde på ansträngningar att sekvensera uttryckta sekvenstaggar från A. thaliana . Beskrivningar av sekvenserna för kromosom 4 och 2 publicerades 1999, och projektet avslutades 2000. Detta representerade det första referensgenomet för en blommande växt och underlättade jämförande genomik .

Funktionell och jämförande genomik, 2000-2010 och därefter

NSF 2010-projekt

En serie möten ledde till ett ambitiöst långsiktigt NSF -finansierat initiativ för att fastställa funktionen hos varje A. thaliana -gen senast år 2010. Skälet för detta projekt var att kombinera ny högkapacitetsteknologi med systematisk genfamilj-omfattande studier och samhällsresurser för att påskynda framsteg utöver vad som var möjligt genom styckevis enlaboratoriestudier.

Mikroarray och transkriptomanalys

DNA-mikroarrayteknologi antogs snabbt för A. thaliana -forskning och ledde till utvecklingen av "atlaser" av genuttryck i olika vävnader och under olika förhållanden.

Storskalig "omvänd genetisk" analys

A. thaliana -genomsekvensen, lågkostnads ​​Sanger -sekvensering och enkel transformation underlättade genomomfattande mutagenes, vilket gav samlingar av sekvensindexerade transposonmutant- och (särskilt) T-DNA- mutantlinjer. Lättheten och snabbheten att beställa mutantfrö från lagercenter påskyndade dramatiskt " omvänd genetisk" studie av många genfamiljer; Arabidopsis Biological Resource Center och Nottingham Arabidopsis Stock Center var viktiga i detta avseende, och information om lagertillgänglighet integrerades i Arabidopsis Information Resource- databasen.

Syngenta utvecklade och delade offentligt en betydande T-DNA-mutantpopulation, Syngenta Arabidopsis Insertion Library (SAIL)-samlingen. Industrins investeringar i A. thaliana -forskning drabbades av ett bakslag i samband med nedläggningen av Syngentas Torrey Mesa Research Institute (TMRI), men förblev robusta. Mendel Biotechnology överuttryckte den stora majoriteten av A. thaliana -transkriptionsfaktorer för att generera leads för genteknik. Cereon Genomics, ett dotterbolag till Monsanto , sekvenserade Landsberg erecta- accessionen (med lägre täckning än Col-0-projektet) och delade sammansättningen, tillsammans med andra sekvensmarkördata.

RNA-tystnad

A. thaliana blev snabbt en viktig modell för studier av små RNA från växter . Argonaute1 - mutanten, uppkallad efter sin likhet med en Argonauta- bläckfisk , var namne för Argonaute -proteinfamiljen som är central för tystnad. Framåtgående genetiska skärmar fokuserade på vegetativ fasförändring avslöjade många gener som styr små RNA-biogenes. Flera grupper identifierade mutationer i DICER-LIKE1- genen (som kodar för det huvudsakliga DICER- proteinet som kontrollerar mikroRNA- biogenes i växter) som orsakar starka utvecklingsdefekter. A. thaliana blev en viktig modell för RNA-riktad DNA-metylering (transkriptionell tystnad), delvis för att många A. thaliana -metyleringsmutanter är livskraftiga, vilket inte är fallet för flera modelldjur (där sådana mutationer orsakar dödlighet).

Ökande popularitet för andra modellväxter

[ behövd hänvisning] - projektet närmade sig sitt slut, upplevdes en minskning av finansieringsorganens intresse för A. thaliana , vilket framgår av att USDA-finansieringen för A. thaliana -forskning upphörde och slutet på NSF-finansieringen för TAIR -databasen. Denna trend sammanföll med utvecklingen av det (US NSF-stödda) National Plant Genome Initiative, som började 1998 och lade en ökad tonvikt på grödor. Utkast till genomsekvens för ris publicerades 2002 och följdes av publikationer för sorghum och majs 2009. Ett utkast till genom av modellträdet Populus trichocarpa publicerades 2006. Utkastet genom av Brachypodium distachyon , ett kortvuxet modellgräs ( Poaceae ) publicerades 2010. Joint Genome Institute vid United States Department of Energy identifierade poppel, sorghum, B. distachyon , modell C4- gräs Setaria viridis (rävsvanshirs), modellmossa Physcomitrella patens , modellalgen Chlamydomonas reinhardtii och sojaböna som sina " flaggskeppsarter för växtgenomik inriktade på bioenergitillämpningar .

Utmärkelser

Ändå förblev A. thaliana en populär modell, och 13 framstående amerikanska A. thaliana -genetiker valdes ut som utredare av det prestigefyllda Howard Hughes Medical Institute och Gordon och Betty Moore Foundation 2011: Philip Benfey, Dominique Bergmann , Simon Chan, Xuemei Chen , Jeff Dangl , Xinnian Dong , Joseph R. Ecker , Mark Estelle , Sheng Yang He , Robert A. Martienssen , Elliot Meyerowitz , Craig Pikaard och Keiko Torii . (Också utvalda var vetegenetikern Jorge Dubcovsky och fotosyntesforskaren Krishna Niyogi, som i stor utsträckning har använt A. thaliana tillsammans med algen Chlamydomonas reinhardtii .) Dessförinnan hade en handfull A. thaliana -genetiker blivit HHMI-utredare: Joanne97 Chory (1997 Chory) , Daphne Preuss (2000-2006) och Steve Jacobsen (2005).

Effekten av andra och tredje generationens sekvenseringsteknik

A. thaliana fortsätter att vara föremål för intensiva studier med hjälp av ny teknik som sekvensering med hög genomströmning. Direkt sekvensering av cDNA (" RNA-Seq ") ersatte till stor del mikroarrayanalys av genuttryck, och flera studier sekvenserade cDNA från enstaka celler ( scRNA-seq ), särskilt från rotvävnad. Kartläggning av mutationer från framåtskärmar görs i allt högre grad med direkt genomsekvensering, i vissa fall kombinerat med bulkad segregantanalys eller backcrossing . A. thaliana är en främsta modell för studier av växtmikrobiomet och naturlig genetisk variation, inklusive genomomfattande associationsstudier . Kort RNA-vägledd DNA-redigering med CRISPR- verktyg har tillämpats på A. thaliana sedan åtminstone 2013.

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=History_of_research_on_Arabidopsis_thaliana&oldid=1136434876 "