XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение Кукуруза (Zea mays) является одним из наиболее широко изучаемых и использованных модельных организмов в генной инженерии. Кукуруза имеет ряд преимуществ, которые делают ее привлекательной моделью для изучения свойств хромосомного набора и морфологических особенностей.

Основная часть

Кукуруза является одним из самых популярных модельных объектов исследований в области генетики и селекции растений. Это растение из семейства Graminaceae - однодомное, раздельнополое растение, относится к классу однодольных, диплоидный хромосомный набор кукурузы состоит из 20 хромосом. Они обладают различными особенностями:

1. различная относительная длина;

2. особенности хромомер;

3. на хромосомах в определенных местах имеются специфические гетерохроматические районы;

4. расположение центромеры, которое позволяет получать определенные соотношения между плечами;

5. хроматиды, соединённые центромерой, имеют различную степень сближения [1,2].

Кроме того, геном кукурузы также широко применяется, были проведены исследования, которые раскрыли взаимосвязь между физической структурой хромосом и фундаменталь-ными явлениями, такими как рекомбинация, ядерно-цитоплазматическое взаимодействие, функция центромер и происхождение концов хромосом [3].

Особенности кукурузы, как модельного объекта:

1. Полиплоидность: Кукуруза имеет сложную генетическую структуру, включая множественные наборы хромосом (полиплоидность). Это позволяет исследователям изучать генетические взаимодействия и функции генов на разных уровнях сложности.

2. Простота в разведении: Кукурузные растения размножаются посредством самоопыления, что облегчает работу с генетическим материалом. Количество потомства, которое можно получить из одного клонированного растения, может быть значительно увеличено.

3. Геномная структура: Геном кукурузы полностью секвенирован и хорошо изучен. Это позволяет исследователям легко идентифицировать и изучать отдельные гены и их функции.

4. Трансгенная технология: Кукуруза относится к растениям, которые относительно легко подвержены трансгенной трансформации. Это означает, что исследователи могут вносить изменения в геном кукурузы, вставляя и модифицируя гены для изучения их функций.

5. Агрономическое значение: Кукуруза является одним из наиболее важных сельскохозяйственных культурных растений. Ее изучение позволяет улучшать урожайность, сопротивляемость к болезням, качество и другие важные характеристики.

Особенности морфологии: Стебли кукурузы имеют значение для повышения урожайности, для этого необходимо охарактеризовать генетическую структуру, лежащую в основе признаков, связанных с стеблем. Стебли являются основным компонентом стеблевой культуры, на их долю приходится около 46% сухого веса стеблевой культуры. Исходя из этого, длина стебля (высота растения) и диаметр стебля являются важнейшими признаками, определяющими общую урожайность сортов кукурузы [4].

Для доказательства значимости стеблей кукурузы в генной инженерии использовался следующий метод: Expanded WiDiv panel. Панель WiDiv-942 включает широкий набор общедоступных данных (exPVP) и показывает улучшении зародышевой плазмы инбредных сортов кукурузы (GEM). На этой панели представлены некоторые из основных гетерозиготных групп полевой кукурузы Северной Америки, включая жесткую стебельчатую (SS), нежесткую стеблевую (NSS) и йодсодержащую (IDT), а также сладкую кукурузу. В этой расширенной панели также представлены невыбранные инбреды из синтетических популяций и наземных рас, включая 54 инбреда, полученных из синтетической популяции Iowa riff steble cycle 0 (BSSSC0). [4]

Путем данного исследования были установлены значения следующих признаков у 800 членов группы WiDiv-942: диаметр стебля и высоту растения измеряли через пять и три года соответственно, толщину кожуры, плотность сосудистых пучков и площадь сосудистых пучков измеряли в течение двух лет. Измерение каждого признака для данной инбредной культуры оценивалось путем добавления значения наилучшего линейного несмещенного прогнозирования (BLUP) к среднему значению этого признака в популяции. Полученные показатели были сопоставлены с последовательностями проростков в базе данных UniVec с использованием версии Bowtie 0.12.7 с параметрами по умолчанию [4].

Применение: Использование кукурузы в генной инженерии помогло разработать новые сорта с повышенной устойчивостью к болезням, с высокой продуктивностью и другими улучшенными характеристиками. Кукуруза остается важной моделью для генетических исследований и создания новых генетически модифицированных организмов (ГМО).

Заключение

Мы выяснили, что кукуруза является значимым модельным объектом в генной инженерии. Описали ряд особенностей, которые позволяют изучить кукурузу и свойства ее хромосомного набора. А также привили краткую характеристику метода Expanded WiDiv panel для определения морфологических данных органа растения.

Список литературы

1. Болдин А.И., Лебедева Ж.И., Балакин Г.Ю., Апариева А.Д., Алексеева И.С. ZEA MAYS В ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ // Материалы X Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» URL: <a href="https://scienceforum.ru/2018/article/2018002125">https://scienceforum.ru/2018/article/2018002125

2. Кризис аграрной цивилизации и генетически модифицированные организмы: Генетически модифицированная кукуруза / Глазко В. И. // Россия – 2021. – URL: https://bio.wikireading.ru/252

3. Genome Biology / Walbot, V. Maize genome in motion. Genome Biol 9, 303 (2008). https://doi.org/10.1186/gb-2008-9-4-303

4. Mazaheri, M., Heckwolf, M., Vaillancourt, B. et al. Genome-wide association analysis of stalk biomass and anatomical traits in maize. BMC Plant Biol 19, 45 (2019). https://doi.org/10.1186/s12870-019-1653-x