Erfðamengi hveitis raðgreint

Í nýjasta tölublaði Nature er greint frá frumraðgreiningu á erfðamengi hveitis (Triticum aestivum).

Hveiti er sérstakt að mörgu leyti. Brauðhveiti sem við þekkjum best er álitið 6 litna. Sem þýðir að 6 eintök eru af hverjum litningi.  Ástæðan er sú að hveiti varð til við samruna erfðamengja þriggja tegunda. Oftast er þetta táknað sem AA, BB og DD erfðamengi. Fyrir um 400.000 árum runnu saman tvær tegundir og til varð fjórlitna tegund með AABB erfðamengi (Triticum dicoccoides). Við upphaf landbúnaðarbyltingarinnar gaf hún og Aegilops tauschii (DD) af sér tegundina sem við bökum flest brauðin okkar úr.

Spyrja má hvort að 6 litna hveiti sé bein afleiðing landbúnaðar? Það er altént alþekkt að allmargar almennilegar nytjaplöntur eru fjöllitna, vegna mikils þrýstings ræktenda sem velja stærri og pattarlegri afurðir.

Hveiti er mjög genaríkt. Heildarstærð erfðamengisins er 17.000.000.000 basar, sem er 6 sinnum stærra en erfðamengi mannsins. Einnig er hveiti með mun fleiri gen en menn, um 90.000 á meðan maðurinn er með ~24.000. Hveiti er ekki eina lífveran sem trompar menn í genafjölda, maís er með um 30000 gen t.d.

Reyndar eru mörg gen í hveitinu mjög svipuð. Það er með 6 mismunandi útgáfur af flestum genum*. Raðgreiningin afhjúpaði reyndar forvitnileg frávik frá þessari reglu. Töluverður fjöldi gena hefur tapast, líklega vegna þess að lífveran þarf einungis virkt gen, ekki endilega sex eintök af virku geni. Með öðrum orðum, hreinsandi náttúrulegt val megnar ekki að viðhalda öllum eintökunum ef þau sinna öll hlutverki sínu á svipaðan hátt.

Samanburðurinn á AA, BB og DD erfðamengjunum  sýnir reyndar að sumar genafjölskyldur hafa stækkað í kjölfar "fæðingar" hveitisins. Það eru aðallega gen sem tengjast vörnum gegn sýkingum, sem sýna slíkt mynstur.

Einnig má spyrja hvaða genahópar breytast ekki, þ.e. öllum 6 eintökum er viðhaldið. Í þann flokk falla m.a. umritunarþættir sem eru stjórnprótín frumunnar. Þeir bindast í nágrenni gena og ákvarða hvort, hvenær og hversu mikið sé framleitt af til tekinni genaafurð.

Hagnýtingargildi erfðamengisins er einnig umtalsvert. 130.000 breytilegir staðir, eins basa breytingar, í erfðaefninu voru afhjúpaðir. Einhverjir þessara basa tengjast vexti, sjúkdómsþoli, næringargildi og öðrum mikilvægum eiginleikum. Með slíka þekkingu að vopni er hægt að rækta betra hveiti, sem gefur meira af sér og þolir þurrk, seltu eða pestir.

Ræktun hveitis hófst fyrir fleiri þúsund árum, og nú erum við komin með enn betri tækni til að hagnýta þessa mikilvægu nytjaplöntu.

Íitarefni:

Analysis of the bread wheat genome using whole-genome shotgun sequencing Open Rachel Brenchley o.fl. Nature 491, 705–710 (29 November 2012) doi:10.1038/nature11650

New Slice of Wheat Genome Could Help Feed Growing Global Population By Katherine Harmon  Scientific American Blogs. 28. nóv. 2012.

Wheat genome's key parts unlocked in new study By Mark Kinver BBC 28. nóv. 2012.

*3 erfðamengi, hvert um sig tvílitna - samtals 6 útgáfur.