Washington, DC
June 2, 2009
Agricultural Research Service, USDA
By
Alfredo Flores
What was once thought of as DNA
with zero value in plants--dubbed "junk" DNA--may turn out to be
key in helping scientists improve the control of gene expression
in transgenic crops.
That's according to
Agricultural Research Service
(ARS) plant pathologist
Bret Cooper at the agency's
Soybean Genomics and Improvement Laboratory in Beltsville,
Md., and collaborators at Johns
Hopkins University in Baltimore, Md.
For more than 30 years,
scientists have been perplexed by the workings of intergenic
DNA, which is located between genes. Scientists have since found
that, among other functions, some intergenic DNA plays a
physical role in protecting and linking chromosomes. But after
subtracting intergenic DNA, there was still leftover or "junk"
DNA which seemed to have no purpose.
Cooper and collaborators
investigated "junk" DNA in the model plant Arabidopsis
thaliana, using a computer program to find short segments of
DNA that appeared as molecular patterns. When comparing these
patterns to genes, Cooper's team found that 50 percent of the
genes had the exact same sequences as the molecular patterns.
This discovery showed a sequence pattern link between "junk" and
coding DNA. These linked patterns are called pyknons, which
Cooper and his team believe might be evidence of something
important that drives genome expansion in plants.
The researchers found that
pyknons are also the same in sequence and size as small segments
of RNA that regulate gene expression through a method known as
gene silencing. This evidence suggests that these RNA segments
are converted back into DNA and are integrated into the
intergenic space. Over time, these sequences repeatedly
accumulate. Prior to this discovery, pyknons were only known to
exist in the human genome. Thus, this discovery in plants
illustrates that the link between coding DNA and junk DNA
crosses higher orders of biology and suggests a universal
genetic mechanism at play that is not yet fully understood.
The data suggest that
scientists might be able to use this information to determine
which genes are regulated by gene silencing, and that there may
be some application for the improvement of transgenic plants by
using the pyknon information.
This research was published
online as an advance article on the
Molecular
BioSystems website, and will be published later this year in
a special issue of Computational Systems Biology.
ARS is the principal
intramural scientific research agency of the
U.S.
Department of Agriculture.
Lo que antes se pensaba como
ADN sin valor en plantas--denominado el ADN basura–en realidad
podría ser clave en ayudar a los científicos a mejorar el
control de la expresión de genes en los cultivos transgénicos.
Esto es según patólogo de
plantas
Bret Cooper, quien trabaja en el
Laboratorio de la Genómica y el Mejoramiento de Soya
mantenido por el
Servicio de Investigación Agrícola (ARS) en Beltsville,
Maryland, y sus colaboradores en la
Universidad Johns Hopkins en
Baltimore, Maryland.
Por más de 30 años, las
funciones del ADN intergénico–el cual se encuentra entre los
genes--han dejado perplejos a los científicos. Científicos han
descubierto que, entre otras funciones, alguno ADN intergénico
tiene un papel físico en proteger y conectar cromosomas. Pero
después de sacar el ADN intergénico, todavía había ADN sobrante,
o "basura", que parece tener ningún propósito.
Cooper y sus colaboradores
investigaron el ADN basura en la planta modelo Arabidopsis
thaliana, usando un programa de computadora para encontrar
segmentos cortos de ADN que aparecían como patrones moleculares.
Cuando comparando estas patrones con genes, el grupo de Cooper
descubrió que el 50 por ciento de los genes tuvieron las mismas
secuencias genéticas como los patrones moleculares. Este
descubrimiento demostró un lazo en los patrones de secuencias
genéticas entre el ADN basura y el ADN codificante. Estos
patrones relacionados se llaman ?pyknons' en inglés, y Cooper y
su grupo creen que los pyknons podrían ser pruebas de algo
importante que estimula la expansión del genoma en plantas.
Los investigadores descubrieron
que los pyknons también son iguales en secuencias genéticas y
tamaño de los segmentos de ARN que regulan la expresión de genes
por un método conocido como el silenciamiento de genes. Estas
pruebas sugieren que estos segmentos de ARN se convierten en ADN
y se integran en el espacio intergénico. Con tiempo, estas
secuencias genéticas repetidamente se acumulan.
Antes de este descubrimiento,
se pensaba que los pyknons solamente existieron en el genoma
humano. Por consiguiente, este descubrimiento sobre los pyknons
en plantas muestra que la relación entre el ADN codificante y el
ADN basura existen en órdenes más altas de biología y indica
actividad por un mecanismo genético universo que todavía no es
completamente comprendido.
Los datos sugieren que
científicos posiblemente podrían usar esta información para
determinar cuáles de los genes son regulados por el
silenciamiento de genes, y que posiblemente habría alguna
aplicación de la información sobre los pyknons en el
mejoramiento de las plantas transgénicas.
Estos hallazgos fueron
publicados en línea en el sitio web de la revista 'Molecular
BioSystems' (Biosistemas Moleculares), y serán publicados
más adelante este año en un número especial de la revista
'Computational Systems Biology' (Biología de Sistemas
Computacionales).
ARS es la agencia principal
de investigaciones científicas del
Departamento de Agricultura de EE.UU. |
