Diposting Sabtu, 4 Februari 2012 jam 10:47 am oleh Evy Siscawati

Genom Fleksibel Arabidopsis Memungkinkan ia Beradaptasi Pada Berbagai Kondisi Lingkungan

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Sabtu, 4 Februari 2012 -


 

Untuk menemukan variasi barisan seluruh genom, 1001 Genomes Project diluncurkan tahun 2008, dengan sebelas lembaga penelitian berpartisipasi dari penjuru dunia. Dengan menyelidiki bahan genetik dari sekitar seratus strain tanaman ini dari berbagai daerah geografi, para peneliti menemukan sejumlah besar variasi: selain jutaan perbedaan kecil yang membawa pada keanekaragaman produk gen molekuler, mereka menemukan ratusan gen yang hilang dalam beberapa strain atau salinan tambahan dalam strain lainnya. Mungkin fleksibilitas besar dalam bahan genetik ini yang membuat tanaman ini sangat mampu beradaptasi. Dalam jangka menengah, katalog lengkap genom dan variasi produk gen dari sebuah spesies dapat diterapkan pada pertanian dan perkebunan modern.

Gen dan varian gen mana yang memungkinkan berbagai individu dari satu spesies berkembang dalam berbagai kondisi lingkungan yang sangat berbeda? Tanaman model untuk genetika, thale cress, Arabidopsis thaliana, sangat sesuai untuk penyelidikan pertanyaan ini. Ia dapat berhadapan dengan panas dan kekeringan di Afrika utara dan juga iklim dingin di dataran tinggi Asia tengah dan zona sedang di Eropa. Tergantung pada daerah mana ia dapat menunjukkan dedaunan yang kecil dan rapuh ataupun lebat dan kuat, tapi spesiesnya tetap sama. Jawabannya ada pada keanekaragaman bahan genetiknya. Detlef Weigel dan Karsten Borgwardt dari Max Planck Institute for Developmental Biology, Gunnar Rätsch dari Friedrich Miescher Laboratory di  Tübingen, dan Karl Schmid dari University of Hohenheim bersama dengan tim internasional, membariskan dan menganalisis genom dari berbagai strain Arabidopsis dari penjuru Eropa dan Asia. Untuk mengungkapkan pengaruh jarak geografis pada gen mereka memilih tanaman dari strain yang tumbuh lokal – di lembah Swabian Neckar – serta tanaman yang tumbuh pada ujung-ujung daerah distribusi tanaman, seperti Afrika Utara atau Asia Tengah.

Dengan membariskan hampir 100 genom berbagai strain, para ilmuan berharap memperoleh pemahaman ilmiah mendasar tentang evolusi. Informasi yang dihasilkan harus memberi jalan baru genetika dimana alel-alel dibalik keanekaragaman fenotipe di seluruh genom dan seluruh spesies dapat ditemukan. Para ilmuan telah menemukan kalau ribuan protein berbeda dalam struktur dan fungsi mereka dalam berbagai strain Arabidopsis. Selain itu, mereka menemukan beberapa ribu salinan gen ekstra, hilangnya gen, serta beberapa gen baru yang sebelumnya hanya ditemukan dalam spesies tanaman lain. “Hasil kami menunjukkan sangat mengesankan bagaimana keanekaragaman genetika itu,” kata Jun Cao dari Max Planck Institute for Developmental Biology dan pengarang perdana salah satu proyek.  Karl Schmid dari University of Hohenheim menambahkan: “Adaptasi lewat mutasi baru itu sangat langka. Lebih penting adalah rekombinasi dari varian yang telah ada. Dengan informasi dari lebih seratus genom, bukan hanya kita dapat menyatakan tentang ratusan individu ini, namun memberikan pula landasan untuk meramalkan potensi genetik yang dapat direalisasikan dengan menyilangkan individu-individu tertentu.”

Ahli genetika yang bekerja dengan Detlef Weigel, Karsten Borgwardt dan Karl Schmid juga menemukan kalau tingkat variasi genetika berbeda luas antar daerah berbeda. Para peneliti menemukan keanekaragaman genetik terbesar di Semenanjung Iberia, dimana tanaman telah ada selama waktu yang lama. Di Asia Tengah, yang hanya dikoloni setelah zaman es terakhir, tanaman Arabidopsis memiliki genom yang relatif seragam. Lebih lanjut, populasi ini memiliki jumlah mutasi di atas rata-rata yang menyebabkan kerugian bagi tanaman, karena fungsi protein berubah. Secara normal, seleksi alam membuang mutasi ini seiring waktu, namun pada populasi emigran muda mereka diperkaya lewat kasus evolusi acak. “Membayangkan bagaimana tanaman dan genom mereka beradaptasi dengan lingkungan mereka seperti teka-teki,” kata Jun Cao. “Kit perlu mengumpulkan semua potongan, sebelum dapat dipasang semua.” Para ilmuan telah mencoba menciptakan katalog yang hampir lengkap dari variasi genom sebuah spesies.

Namun bagaimana variasi ini berinteraksi pada aras molekuler dan perubahan apa yang mereka sebabkan dalam produk gen? Biologiwan komputasi Gunnar Rätsch dari Friedrich Miescher Laboratory memeriksa pertanyaan ini secara detail dalam studi kedua bersama dengan rekan internasionalnya. Mereka menganalisis 19 strain Arabidopsis dengan keanekaragaman genetika yang besar. 19 individu ini membentuk basis dari sebuah populasi buatan dari beberapa ratus strain, dibuat lewat penyilangan ganda sehingga berbagai segmen genom dikocok secara sistematis. Individu yang diperoleh sesuai dengan ideal untuk memeriksa interaksi gen.

Para ilmuan mempelajari potongan genom menggunakan metode analisis baru dan menemukan secara detail bagaimana DNA dibaca dengan teliti dan bagaimana tahap perantara produksi protein, RNA, dihasilkan. Para peneliti memperoleh gambaran rinci mengenai produk gen yang diubah yang muncul dari berbagai varian genomik. Tergantung pada konteks genomikny, sebagian potongan gen tertutup atau di aktivasi ulang. “Kami dapat menemukan jumlah perubahan yang mengejutkan yang mempengaruhi satu gen. Walau begitu, mereka sering dikompensasi dan karenanya sering tidak memiliki dampak nyata pada produk gen,” kata Gunnar Rätsch tentang hasil terbaru ini. Konsep, metode, dan platform yang dikembangkan berdasarkan variasi genomik Arabidopsis thaliana dapat pula digunakan untuk mempelajari tanaman pertanian dan untuk memetakan dengan cepat dan akurat karakteristik yang diinginkan. Selain itu, para peneliti dapat mentransfer pemahaman ini mengenai pengaruh variasi pada produk gen dan interaksinya untuk mempelajari genom manusia.

Proyek-proyek baru ini harus dilihat dalam konteks 1001 Genomes Project, yang diluncurkan tahun 2008 di Max Planck Institute for Developmental Biology dan diimplementasikan lewat banyak proyek individual bekerjasama dengan puluhan lembaga di penjuru dunia. Tujuannya adalah menganalisis dan membandingkan gen dari 1001 strain Arabidopsis. Tujuan dari proyek skala besar ini adalah mendapatkan pemahaman mendasar mengenai evolusi, genetika, dan mekanisme molekuler. Hampir 500 genom berbeda telah dibariskan dan dianalisis di berbagai lembaga. Data diberikan pada database publik, yang dapat diakses bukan hanya oleh partisipan proyek, namun juga oleh semua ilmuan yang tertarik.

Sumber berita:

Max-Planck-Gesellschaft.

Referensi jurnal:

  1. Jun Cao, Korbinian Schneeberger, Stephan Ossowski, Torsten Günther, Sebastian Bender, Joffrey Fitz, Daniel Koenig, Christa Lanz, Oliver Stegle, Christoph Lippert, Xi Wang, Felix Ott, Jonas Müller, Carlos Alonso-Blanco, Karsten Borgwardt, Karl J Schmid, Detlef Weigel. Whole-genome sequencing of multiple Arabidopsis thaliana populations. Nature Genetics, 2011; DOI: 10.1038/ng.911
  2. Xiangchao Gan, Oliver Stegle, Jonas Behr, Joshua G. Steffen, Philipp Drewe, Katie L. Hildebrand, Rune Lyngsoe, Sebastian J. Schultheiss, Edward J. Osborne, Vipin T. Sreedharan, André Kahles, Regina Bohnert, Géraldine Jean, Paul Derwent, Paul Kersey, Eric J. Belfield, Nicholas P. Harberd, Eric Kemen, Christopher Toomajian, Paula X. Kover, Richard M. Clark, Gunnar Rätsch, Richard Mott. Multiple reference genomes and transcriptomes for Arabidopsis thaliana. Nature, 2011; DOI: 10.1038/nature10414
  3. K. Schneeberger, S. Ossowski, F. Ott, J. D. Klein, X. Wang, C. Lanz, L. M. Smith, J. Cao, J. Fitz, N. Warthmann, S. R. Henz, D. H. Huson, D. Weigel. Reference-guided assembly of four diverse Arabidopsis thaliana genomes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011; 108 (25): 10249 DOI: 10.1073/pnas.1107739108

 

 

Evy Siscawati
Facts are the air of scientists. Without them you can never fly (Linus Pauling). Berjalan di pantai, dud dud, berjalan di pantai, dud dud (ESW).
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.