Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía ORNL han lanzado el conjunto de datos de polimorfismo de un solo nucleótido SNP más grande de la historia de variaciones genéticas en los álamos, información útil para científicos de plantas e investigadores en los campos de biocombustibles,ciencia de materiales y metabolismo secundario de la planta.
Durante casi 10 años, los investigadores del BioEnergy Science Center BESC del DOE, un Centro de Investigación de Bioenergía del DOE dirigido por ORNL, han estudiado el genoma de Populus, un árbol perenne de rápido crecimiento reconocido por su potencial económico en la producción de biocombustibles., lanzaron el conjunto de datos del Estudio de Asociación de Genoma GWAS que comprende más de 28 millones de polimorfismos de un solo nucleótido, o SNP, derivados de aproximadamente 900 genotipos de álamo resecuenciados. Cada SNP representa una variación en un solo nucleótido de ADN, o bloque de construcción, ypuede actuar como un marcador biológico, ayudando a los científicos a localizar genes asociados con ciertas características, afecciones o enfermedades.
Los datos "nos dan un poder estadístico sin precedentes para vincular los cambios de ADN a los fenotipos [rasgos físicos]", dijo Gerald Tuskan, un compañero corporativo y líder del grupo de Biología de Sistemas Vegetales en la División de Biociencias de ORNL. Tuskan presentará los datos de GWAS hoy enLa Conferencia de Genoma de Plantas y Animales en San Diego. Los resultados de este análisis se han utilizado para buscar el control genético de la recalcitración de la pared celular, una característica natural de las paredes celulares de las plantas que impide la liberación de azúcares bajo la conversión microbiana e inhibe la producción de biocombustibles.
Los científicos de BESC también están utilizando el conjunto de datos para identificar los mecanismos moleculares que controlan la deposición de lignina en las estructuras vegetales. La lignina, el polímero que fortalece las paredes celulares de las plantas, actúa como una barrera para acceder a la celulosa y, por lo tanto, evita la descomposición de la celulosa en azúcares simples para la fermentación.
Con el nuevo conjunto de datos GWAS de álamo, "podemos identificar los genes y las variantes genéticas [es decir, alelos] que mueven el carbono a través de la vía de la lignina, y luego tomar ese conocimiento y, a través de la selección genómica, desarrollar materiales vegetales diseñados para trabajar conmicrobios para producir el producto objetivo ", dijo Tuskan. Estos productos incluyen lignina modificada personalizada para productos químicos, polímeros y materiales. Aunque las aplicaciones más inmediatas del conjunto de datos son en ciencias de las plantas, los investigadores de ORNL planean usar los datos de GWAS para informar el trabajo de biociencia en áreas comocomo combustibles de transporte más limpios y sostenibles, fibra de carbono para vehículos livianos y alternativas a los plásticos convencionales y materiales de aislamiento de edificios.
Incluso el campo médico podría beneficiarse del trabajo: los investigadores de ORNL, por ejemplo, han utilizado el GWAS de álamo para identificar los genes que controlan la formación de callos o las células que cubren la herida de una planta. El trabajo tiene implicaciones para la investigación del cáncer.
"Los genes relacionados con la formación de callos son análogos a muchos genes involucrados en la formación de tumores en humanos", dijo Tuskan. "Este descubrimiento, y la red de expresión génica asociada que rodea dichos genes, podría informar el trabajo relacionado con el Cancer Moonshot,"agregó, refiriéndose a una iniciativa federal diseñada para acelerar el progreso en la investigación del cáncer.
Tuskan, quien tiene una cita conjunta en el Instituto del Genoma Conjunto del DOE en California, encontró inspiración para el trabajo en la secuenciación del genoma humano hace aproximadamente una década. Los investigadores reconocieron cómo esos tipos de estudios podrían usarse para abordar los desafíos del DOE ensecuestro de carbono, bioprocesamiento y ciencia de materiales.
Tuskan enfatizó la importancia de los avances tecnológicos para el trabajo. La capacidad de secuenciación y las habilidades computacionales "hicieron posible el trabajo", dijo. "Estamos trabajando en el ámbito de los grandes datos, y afortunadamente en el laboratorio nacional tenemos las plataformas y la infraestructurahacer este tipo de análisis "
Como parte de su trabajo, los investigadores usaron los recursos computacionales disponibles en ORNL a través de su programa Compute and Data Environment for Science CADES dentro de la Dirección de Computación y Ciencias Computacionales de ORNL, así como la supercomputadora Titan en la Instalación de Computación de Liderazgo de Oak Ridge, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.
La investigación también implica monitorear y catalogar fenotipos de álamos en regiones desde el sur de Columbia Británica hasta el centro de California. "Ninguna de la sofisticada genómica y ciencia computacional significaría nada sin el trabajo de campo. La genética, la ciencia computacional, y la medición y catalogaciónlos fenotipos son las tres patas de la plataforma en la que nos encontramos en BESC ", dijo Tuskan.
Los investigadores planean expandir el conjunto de datos existente y colaborar con otros grupos científicos para recopilar y analizar fenotipos adicionales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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