Unlocking a genome

Unlocking a genome

Long before we had wheat we domesticated einkorn, a grain variety which is one of the ancestors of our current bread wheat. There are both domesticated as wild einkorn variants. Moreover, this grain has a high disease resistance. And it has in contrast to the sextuple genome of wheat, a diploid genome. All together an interesting plant. And now an international group of researchers has got its genome completely sequenced.

The researchers wanted to get an as complete as possible overview of the einkorn genome. Therefore, the researchers determined its genome sequence in both a domesticated and a wild variety. Comparing the two showed large overlaps.

After determining the basic genome, the researchers analysed the genomes of 219 einkorn variants in the hope to get to know more about its genetic variety and evolutionary history. They noticed a strong relationship between the domesticated variants and wild variants of the ß-population. But that was not all. The researchers also observed traces of the γ-population, about 1%, in the domesticated varieties.

The unlocking of the einkorn genome can contribute to more robust wheat varieties

Subsequently the researchers compared the einkorn genome with the wheat genome. Hereby they saw about 1% einkorn DNA in wheat genome A. Zooming in it turned out that this einkorn DNA was coming from multiple domesticated einkorn variants. Therefore, it is likely that the precursor of the A genome of wheat was crossed at multiple times with different einkorn variants.

The unlocking of the einkorn genome has for wheat researchers and breeders a large impact. Now breeders can use information from the einkorn genome to identify gene variants that bring disease resistance.

In addition, the researchers show that they can use einkorn to study the effect of wheat gene variants. Now the effect of a gene variant is often masked by multiple alternative versions of the same gene. But in einkorn with only a dipoid genome, this effect is smaller or in the best outcome completely absent. Allowing the effect of the to be studied gene to be observed. In this way even the oldest domesticated crop can still contribute to the development of the crops of the future.

Literature

Ahmed, H.I., Heuberger, M., Schoen, A. et al. Einkorn genomics sheds light on history of the oldest domesticated wheat. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06389-7

Thanks for reading.
If you like what you read, support me with on of the following actions

🍵 Buy me a tea

Follow me on LinkedIn or BlueSky
Share it with a friend or co-worker
Singing up to my newsletter so my next blog lands directly in your inbox

Ontsluiting van een genoom

Ontsluiting van een genoom

Lang voordat we tarwe hadden domesticeerde we eenkoren, een graansoort dat een van de voorouders van ons huidige tarwe is. Er zijn zowel gedomesticeerde als wilde varianten van eenkoren. Daarnaast vertoont deze graansoort ook nog eens een hoge ziekteresistentie. En heeft het in tegenstelling tot het zesvoudige genoom van tarwe, een diploïd genoom. Dat alles maakt het voor onderzoekers een interessante plant. En nu heeft een internationale groep wetenschappers het genoom van eenkoren geheel in kaart gebracht.

De onderzoekers wilde een zo compleet mogelijk overzicht krijgen van het eenkoren genoom. Daarom bepaalde de onderzoekers de genoom volgorde van zowel een gedomesticeerde als een wilde variant. Bij vergelijking bleek dat deze voor grotendeels overeenkomen.

Na het bepalen van deze basis genomen, analyseerde de onderzoekers de genomen van 219 eenkoren varianten om meer te weten te komen over de genetische variatie en evolutionaire geschiedenis. Hieruit bleek dat de huidige gedomesticeerde varianten een sterke verwantschap hebben met wilde varianten van de ß-populatie. Maar dat niet alleen. De onderzoekers zagen ook sporen terug van de γ-populatie, ongeveer 1%.

De ontsluiting van het eenkoren genoom kan bijdragen aan robuustere tarwesoorten

Vervolgens vergeleken de onderzoekers het eenkoren genoom met het genoom van tarwe. Dit liet zien dat het tarwe A genoom ongeveer 1% eenkoren DNA bevat. Inzoomend bleek dat dit eenkoren DNA afkomstig van meerdere gedomesticeerde eenkoren varianten. Meerdere keren was de voorloper van het tarwe A genoom dus gekruist met een gedomesticeerde eenkoren variant.

Voor tarwe onderzoekers en veredelaars heeft de ontsluiting van het eenkoren genoom grote impact. Nu kunnen veredelaars de informatie uit het eenkoren genoom gebruiken om gen varianten te identificeren die tarwe resistent kunnen maken tegen bepaalde ziektes.

Daarnaast zo laten de onderzoekers zien, kunnen ze eenkoren ook gebruiken om het effect van tarwe gen-variaties te onderzoeken. Deze zijn nu vaak lastig te duiden in tarwe vanwege het zesvoudige tarwe genoom, waarin vaak meerdere alternatieve versies het effect van het te bestuderen gen-variant maskeren. Maar in het eenkoren diploïd genoom is dit effect kleiner, en in het beste geval niet aanwezig. Waardoor het effect van het te bestuderen gen-variant meer opvalt. Zo draagt zelfs het oudste gewas nog bij aan de ontwikkeling van de toekomstige gewassen.

Literatuur

Ahmed, H.I., Heuberger, M., Schoen, A. et al. Einkorn genomics sheds light on history of the oldest domesticated wheat. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06389-7

Bedankt voor het lezen
Vond je het interessant, overweeg dan een van de volgende acties

🍵 Buy me a tea

Volg me op LinkedIn of BlueSky
Stuur het door aan een vriend of collega
Abonnneer je op m’n nieuwsletter zodat de volgende automatisch in je inbox verschijnt.

Scattering

Scattering

Scattering or non-scattering of seeds is on of the differences between wild and domesticated plants. Non-scattering makes harvesting crops a lot easier. Not surprising researchers like to know the workings of this scattering process. As well as its responsible genes. For grasses, like wheat and rice, lots is known about the mechanical aspects of scattering. But now American researchers discovered the gene needed to initiate this mechanic.

To enable future scattering, plant build in breaking points. Locations that are less supported and easily break. They are at the end of the stele of a leaf, but also there where a seed is attached to the plant.

Making these locations less supportive occurs through giving the cell walls of the cells on these locations more lignin. As long as these cells are alive, all is well. But as soon as they die, they shrink and break their connections with neighbouring cells. But what this dying initiates is difficult to analyse, the genes that regulate the amount of lignin in the cell walls and initiate this dying appear to overlap. To overcome this difficulty, the researchers used green foxtail, a grass whose breaking points do not have extra lignin.

Earlier research gave the researchers the hint that SH1, for SHATTERING1, is involved in the scattering of seeds. To check this the researchers created green foxtail plants without SH1. While green foxtail plants with SH1 let go of their seeds, plant without any SH1 kept a strong hold on them. The researchers studied the amount of lignin at the breaking points of plants with and without SH1. Here they noticed no difference. SH1-lacking plants are not keeping hold of their seeds due to a reduced amount of lignin.

SH1 influences auxin dynamics of breaking point cells

To discover how SH1 initiates the scattering of seeds the researchers carefully studied the plants in the days leading up to the scattering. They observed that by plants with SH1 their breaking points slowly turn from green to yellow. This was not the case in SH1-lacking plants. This colour shift turned out to be a result of a reduction of chlorophyl, a sign that the cells were dying.

Because the researchers knew that plant hormones can have a role in the scattering process, they studied the effect of these hormones in plants that do have SH1. Observing that when applying auxin at the breaking point plants with SH1 keep their seeds longer. Zooming in at SH1-lacking breaking point cells, the researchers observed that the location of auxin in these cells was of importance. They noticed that in SH1-lacking cells auxin was located more often at the chlorophyl.

To confirm that SH1 is influencing auxin, the researchers analysed the difference in gene expression of breaking point cells with and without SH1. Noticing that a lot of auxin related genes had a different expression in SH1-lacking breaking point cells that in breaking point cells with SH1.

It appears that SH1 indeed influences the auxin dynamics of breaking point cells. How SH1 does this is not completely clear. To clarify this more research is needed, the researchers say. But this study shows that SH1 with help of auxin initiates the breaking point mechanics.

Literature

Yu, Y., Hu, H., Voytas, D.F., Doust, A.N. and Kellogg, E.A. (2023), The YABBY gene SHATTERING1 controls activation rather than patterning of the abscission zone in Setaria viridis. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19157

Thanks for reading.
If you like what you read, support me with on of the following actions

🍵 Buy me a tea

Follow me on LinkedIn or BlueSky
Share it with a friend or co-worker
Singing up to my newsletter so my next blog lands directly in your inbox

Verstrooiing

Verstrooiing

Het wel of niet verstrooien van zaden is een van de verschillen tussen niet en wel gedomesticeerde planten. Het niet verstrooien maakt het oogsten van die zaden een stuk makkelijker. Het is dan ook niet verwonderlijk dat onderzoekers willen weten hoe dit verstrooiingsproces werkt. En welke genen verantwoordelijk zijn. Voor grassen, zoals tarwe en rijst, is veel bekend over het mechanische aspect van verstrooiing. Maar nu hebben Amerikaanse onderzoekers ontdekt welk gen nodig is om dit mechaniek in werking te zetten.

Om toekomstige verstrooiing mogelijk te maken, bouwen planten breekpunten in. Plekken die minder verstevigd zijn en makkelijk kunnen afbreken. Ze zitten aan de uiteinden van het steeltje van een blad, maar ook op de plek waar een zaadje aan de rest van de plant vast zit.

Om deze plekken minder stevig te hebben de celwanden van de cellen op deze plekken vaak meer lignine. Zo lang de cellen met meer lignine in hun celwand leven is er niks aan de hand. Maar zodra ze sterven en krimpen breekt hun verbinding met buurcellen. Maar wat dit sterven in gang zet is moeilijk te onderzoeken, omdat de genen die de hoeveelheid lignine reguleren en het ingang zetten van het sterven overlappen. Daarom gebruikte de onderzoekers de groene naaldaar, een grassoort waar de breekpunten geen extra lignine heeft.

Uit eerder onderzoek kregen de onderzoekers de hint dat SH1, voor SHATTERING1, betrokken kon zijn bij de verstrooiing van de zaden. Om dit te checken creëerden de onderzoekers naaldaar planten die geen SH1 hadden. Waar naaldaar planten met SH1 hun zaden loslieten, bleven planten zonder SH1 hun zaden stevig vasthouden. De onderzoekers bestudeerde de hoeveelheid lignine op breekpunten van planten met en zonder SH1. Hierbij zagen ze dat er geen verschil was. SH1 loze planten houden hun zaden dus niet vast omdat ze minder lignine bevatten.

SH1 beïnvloed de auxine dynamiek van breekpuntcellen

Om erachter te komen hoe SH1 er dan wel voor zorgt dat de plant z’n zaden verstrooit bestudeerde de onderzoekers de planten in de dagen voorafgaand aan de verstrooiing nauwkeurig. Hierbij viel op dat in planten met SH1 het breekpunt langzaam van groen naar geel kleurde. Dit was niet het geval in SH1-loze planten. Deze verkleuring bleek het geval te zijn van een vermindering van chlorofyl, een teken dat de cellen doodgingen.

Omdat de onderzoekers wisten dat plantenhormonen een rol kunnen hebben in het verstrooiingsproces bestudeerde ze het effect van deze hormonen op planten met SH1. Hierbij zagen ze dat het aanbrengen van auxine op het breekpunt ervoor zorgde dat dat planten met SH1 hun zaden langer bij zich houden. Inzoomend op SH1-loze breekpuntcellen zagen de onderzoekers dat het de locatie van auxine in deze cellen belangrijk was. Auxine in SH1-loze cellen bleek zich meer bij het chlorofyl op te hopen dan in cellen met SH1.

Om te bevestigen dat SH1 inderdaad auxine beïnvloed, analyseerde de onderzoekers het verschil in genexpressie tussen breekpuntcellen met en zonder SH1. Hierbij viel op dat veel auxine-gerelateerde genen een andere expressie hadden in SH1-loze breekpuntcellen dan in breekpuntcellen met SH1.

Het lijkt er dus op dat SH1 de dynamiek van auxine in breekpuntcellen beïnvloed. Hoe SH1 dit precies doet is nog niet helemaal duidelijk. Daarvoor zo zeggen de onderzoekers is meer onderzoek nodig. Maar dit onderzoek laat zien dat SH1 met behulp van auxine het breekpuntmechaniek inwerking zet.

Literatuur

Yu, Y., Hu, H., Voytas, D.F., Doust, A.N. and Kellogg, E.A. (2023), The YABBY gene SHATTERING1 controls activation rather than patterning of the abscission zone in Setaria viridis. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19157

Bedankt voor het lezen
Vond je het interessant, overweeg dan een van de volgende acties

🍵 Buy me a tea

Volg me op LinkedIn of BlueSky
Stuur het door aan een vriend of collega
Abonnneer je op m’n nieuwsletter zodat de volgende automatisch in je inbox verschijnt.