Sia le persone che i pomodori sono disponibili in diverse forme e dimensioni. Questo perché ogni individuo ha un insieme unico di variazioni genetiche, mutazioni, che influenzano il modo in cui i geni agiscono e funzionano. Sommati insieme, milioni di piccole variazioni genetiche rendono difficile prevedere come una particolare mutazione avrà un impatto su qualsiasi individuo. Zach Lippman, professore del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) e ricercatore dell'Howard Hughes Medical Institute, ha mostrato come le variazioni genetiche nei pomodori possono influenzare il modo in cui una specifica mutazione colpisce la pianta. Sta lavorando per essere in grado di prevedere gli effetti delle mutazioni su diverse varietà di pomodori.
Diverse combinazioni di mutazioni possono influenzare le dimensioni dei pomodori in modo imprevedibile. In questa immagine, la prima colonna mostra un pomodoro non mutato (WT). La seconda e la terza colonna mostrano pomodori con una singola mutazione in una regione del promotore (R1 o R4) per il gene della dimensione del frutto SlCV3. Le singole mutazioni hanno scarso effetto sulla dimensione dei frutti. Ma la combinazione di queste due mutazioni (R1 + R4) produce un frutto molto più grande.
In questo studio, Lippman e il suo team hanno utilizzato CRISPR, uno strumento di editing genetico altamente accurato e mirato, su due geni di pomodoro che controllano la dimensione dei frutti, SlCV3 e SlWUS. Hanno generato oltre 60 mutanti di pomodoro rimuovendo piccoli pezzi di DNA nelle regioni del promotore, aree vicino ai geni che controllano la loro espressione. In alcuni casi, le singole mutazioni hanno aumentato leggermente le dimensioni dei pomodori. Alcune coppie di mutazioni non hanno cambiato affatto la dimensione del frutto. Alcune combinazioni sinergiche hanno causato un aumento drammatico e imprevisto delle dimensioni dei frutti. Lippman afferma: “Il vero Santo Graal in tutto questo per l'allevamento delle colture è la prevedibilità. Se cambio questa sequenza, otterrò questo effetto. Perché c'è questo mare di altre varianti che la natura ha accumulato vicino alla mutazione che stai progettando, oltre che sparse nel genoma, molte delle quali potrebbero influenzare la specifica mutazione che stai creando.
Questa gamma di interazioni per due mutazioni qualsiasi modella le conseguenze di una singola mutazione che si verifica in diversi background genetici. L'effetto è paragonabile a quelli riscontrati in alcune malattie umane, dove alcune persone potrebbero avere determinate mutazioni preesistenti che le proteggono dalle mutazioni patogene.
Lippman e il suo team continueranno a quantificare il modo in cui le mutazioni individuali e combinate influenzano determinati tratti del raccolto. Finora hanno misurato le interazioni tra due singole mutazioni, ma i genomi hanno milioni di variazioni. Lippman spera di studiare un numero sufficiente di interazioni misurabili per rendere l'allevamento più prevedibile ed efficiente.
Per maggiori informazioni:
Cold Spring Harbor Laboratory
www.cshl.edu