更好地预测基因改造的不可预测的副产品
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研究人员对从生物燃料到造纸等多种应用的基因改造树木很感兴趣。他们还希望避开会带来意想不到后果的修改。当对一个基因的预期修改导致对其他基因的意想不到的改变时，就会产生这些后果。一种新的模型旨在预测这些变化，帮助避免意想不到的后果，并有望为基因改造和林业领域更有效的研究铺平道路。
这项研究的重点是木质素，这是一种存在于树木中的复杂物质，有助于形成树木的结构。事实上，正是它让木头感觉像木头。
克兰诺斯·威廉姆斯说:“无论你是想将木材用作生物燃料还是制造纸浆和纸制品，都希望通过操纵木质素特定基因来改变木质素的化学结构，从而使木质素更容易分解。”通讯作者和一篇关于工作的论文和副教授在NC州立大学电气和计算机工程。“然而，你不希望对一棵树的基因组进行改变，从而损害其生长或茁壮成长的能力。”
研究人员专注于一种叫做杨树trichocarpa这是一种广泛使用的生物模型，这意味着研究遗传学和树木生物学的科学家要花很多时间来研究p . trichocarpa．
“以前的研究生成了预测木质素基因表达的独立变化如何影响木质素特性的模型，”该论文的第一作者梅根·马修斯(Megan Matthews)说，她曾是北卡罗来纳州立大学的博士生，目前在伊利诺伊大学(University of Illinois)攻读博士后。“然而，这些模型没有考虑到基因之间的交叉调节影响。因此，当我们修改目标基因时，现有的模型并不能准确预测非目标基因表达方式的变化。如果不能捕捉到非靶向基因表达的这些变化，就会阻碍我们制定准确的基因修饰策略，增加木质素和木材性状出现意外结果的可能性。
“为了应对这一挑战，我们开发了一个模型，能够预测所有木质素基因的直接和间接变化，捕捉多种类型调控的影响。这使我们能够预测非靶向基因的表达如何受到影响，以及靶向基因的表达如何受到影响，”Matthews说。
马修斯说:“与其他基因调控模型相比，这项工作的另一个关键优点是，以前的模型只研究了当基因被修改时，RNA是如何受到影响的。”“这些模型假设蛋白质会以同样的方式受到影响，但情况并非总是如此。我们的模型能够捕捉到一些在RNA中看不到的蛋白质变化，反之亦然。
“这个模型可以被整合到更大的、多尺度的模型中，为探索转基因树种的新方法提供一个计算工具，以改进木质素性状，用于各种工业部门。”
换句话说，通过改变一个基因，研究人员可能会意外地把其他基因弄乱，创造出不是他们想要的树。新的模型可以帮助研究人员找出如何避免这种情况。
纸”,单基因和组合基因敲除对单分子转录本和蛋白质的交叉调控影响建模杨树trichocarpa发表在杂志上PLOS计算生物学．该论文由北卡罗来纳州林业和环境资源名誉教授罗纳德·塞德罗夫(Ronald Sederoff)共同撰写;北卡罗来纳州立大学林业与环境资源助理教授Jack Wang;以及北卡罗来纳州立大学森林生物技术集团乔丹家族杰出名誉教授、校友杰出研究教授Vincent Chiang。
这项工作得到了美国国家科学基金会授予蒋的db -0922391基金和马修斯的美国国家物理科学联盟研究生奖学金的支持。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
“在单基因或组合基因敲除下，建模对单分子转录本和蛋白质的交叉调控影响杨树trichocarpa”
作者北卡罗莱纳州立大学Megan L. Matthews, Ronald Sederoff和Cranos M. Williams;Jack P. Wang和Vincent L. Chiang，东北林业大学，哈尔滨，中国，北卡罗来纳州立大学
发表: 4月10日PLOS计算生物学
文摘:准确控制单木质素生物合成代谢产物是控制木质素含量、结构和其他对生物能源和生物材料工业重要的木材特性的关键步骤。该策略的一个关键组成部分是预测单分子醇特异性基因转录本的单一或组合敲减如何影响单分子醇蛋白的丰度，这是单分子醇生物合成的驱动机制。计算模型已经发展，以估计蛋白质丰度从转录本微扰的单素特异性基因。然而，由于无法捕捉到对其他途径基因的间接调控影响，这些模型的准确性受到了阻碍。在这里，我们研究了这些间接影响转基因转录本和蛋白质丰度的表现，确定了当一个或多个特定的单ignol途径基因被干扰时可能发生的间接调控影响。我们利用稀疏最大似然法建立了一个计算模型，基于特定单ignol基因的靶点敲除，估计转基因白杨(Populus trichocarpa)单ignol转录本和蛋白质丰度。利用该模型的硅模拟和均方根误差，我们表明，与以前的模型相比，当单ignol基因的个体和家族受到干扰时，我们的模型更准确地估计了转录本和蛋白质丰度。我们利用从我们的模型中获得的推断的网络结构来识别潜在的基因，包括PtrHCT、PtrCAD和Ptr4CL，参与转录后和/或翻译后调控。我们的模型提供了一个有用的计算工具，用于探索单一木质素特定基因的单一或组合修饰对木质素和其他木材特性的级联影响。
