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手に負えない遺伝子にもかかわらず、花は驚くべき精度で展開します

花は茎、葉、花びらを育て、何度も何度も完璧なパターンで育てます。新しいコーネルの研究では、植物のこの正確でパターン化された形成において、個々の細胞内の遺伝子活性は、外から出るよりもはるかに混oticとしていることが示されています。 この発見は、科学者が人工遺伝子を設計し、成長や行動を制御するためにスイッチを設計する植物工学に重要な意味を持っています。植物が遺伝的な「騒音」をどのように管理するかを理解することは、予測可能性が重要な合成生物学から、ランダムな遺伝子活性が腫瘍の進化を促進できる癌の研究まで、他の分野での研究にも知らせることができます。 5月20日に公開された調査 自然コミュニケーション。 「最終的に、この研究は、生物学的精度には完全な制御が必要であるという考えに挑戦しています」と、研究の著者である著者である農業生命科学大学、農業生命科学大学、細胞および分子生物学研究所の植物生物学のセクションの教授であるエイドリアン・ローダーは、研究の著者です。 「代わりに、自然はランダム性を排除しないことを示しています。 共著者のShuyao Kongは、Weill Institute for Cell and Molecular BiologyのRoeder's Labの大学院生として仕事を開始し、実施しました。コングは現在、ハーバードメディカルスクールのポスドク研究者です。 研究者はテールクレスを調べました（シロイヌナズナ）、確率的遺伝子発現を見るためのマスタードファミリーの小さな植物 - 遺伝子がランダムにオンまたはオフにできるプロセス。チームは、ホルモンシグナルが同じ場合でも、オーキシン（花の成長を誘うホルモン）に反応する遺伝子が、花の成長を誘導するホルモン - が細胞から細胞へと驚くほどランダムな方法で活性化されることを発見しました。同一の指示にもかかわらず、細胞は予測的に動作しました。 チームは、輝く記者（遺伝子をオンにすると蛍光で光を当てる分子）を使用して、DR5と呼ばれるものを含む3つのオーキシン応答性遺伝子を追跡しました。彼らは、DR5活性がオーキシンによって「オンになっている」にもかかわらず、オーキシンレベルの違いではなく、細胞自体内のランダムな変動のために、ある細胞から次の細胞に大きく変化することを発見しました。 彼らは、このダイナミックが植物のsep部で行われているのを見ました。植物のsepは、新興花を保護する芽の根元にある頑丈な緑の葉のような臓器です。細胞は個別に「ノイズが大きく」予測不可能ですが、植物は4つの保護se片を繰り返し完璧なパターンで生成します。 「私たちがこれらの4つに着くまでに本当に思っていました [sepal forming] 地域は、ランダム性がはるかに少なくなりますが、そうではありません。」とローダーは言いました。 科学者は、遺伝子活性が分子レベルでうるさいことを知っていますが、この研究は、植物ホルモンオーキシンによって引き起こされる重要な発達遺伝子でさえ、個々の細胞でランダム性を示し、植物が臓器形成中にそのような変動を管理する方法についての新しい洞察を提供することを明らかにしています。 この研究では、2つのオーキシン応答性遺伝子であるAHP6とDOF5.8がDR5よりもランダム性が少ないことを発見し、植物が必要に応じてノイズを抑えるための組み込みメカニズムを持っている可能性があることを示唆しています。 チームによると、キーは「空間平均化」と呼ばれるプロセスです。個々の細胞は一貫性のない動作をしますが、細胞のグループは互いに騒音を滑らかにするために連携し、植物が開発を導くために使用できる安定した集合的な信号を作成します。 「生物は、このランダム性を使用したいときに使用でき、そうでないときにそれを無視することができます」とRoeder氏は言いました。 「それは非常に強力です。」 この研究は重要な疑問を提起している、と彼女は言った。 「空間平均化は、植物が遺伝子発現ノイズを管理する1つの方法ですが、その緩衝液はどのように正確に起こり、どのような条件下で失敗しますか？」ローダーは言った。 「お気に入りの遺伝子を設計して興味深い場所で表現しようとするとき、どうすればそれを組み込むことができますか？」 貢献している著者には、統合植物科学学校（CALS）の大学院生であるバイロン・ルスナックと、デューク大学のポスドク・アソシエイトのミンギアン・Zhuが含まれます。 この研究は、国立衛生研究所の国立総合医療科学研究所によって支援されました。 #手に負えない遺伝子にもかかわらず花は驚くべき精度で展開します