GENOMIKA FUNKCJONALNA U ROŚLIN Na podstawie artykułu: „Plant funkcjonal genomics” H.Holtorf, M.C Guitton, R.Reski Karolina Pruś Monika Świerczek

Scharaktyzowanie danego genu wymaga określenia: Jego położenia – genomika strukturalna Struktury i ekspresji genu – genomika ekspresyjna Funkcji genu – genomika funkcjonalna

GENOMIKA FUNKCJONALNA- identyfikowanie funkcji genu , czyli ustalenie jego roli w organizmie.

Identyfikacji funkcji genu można dokonać : przez analogie czyli przypisanie funkcji podobnym genom w innych organizmach bezpośrednio czyli monitorowania nabywania funkcji lub jej utraty w gatunku z którego gen został wyizolowany lub w układach heterologicznych tj. innych organizmach Ponieważ funkcja wiąże się z obecnością produktu genu, metody służące badaniu ekspresji genu są prawie w całości stosowane także w identyfikowaniu funkcji genu.

W celu poznania funkcji danego genu prowadzi się badania na kilku poziomach: Analiza ekspresji genów na poziomie mRNA – TRANSKRYPTOMIKA Analiza proteomu – PROTEOMIKA Analiza metabolomu – METABOLOMIKA Analiza fenotypów mutantów – FENOMIKA

TRANSKRYPTOMIKA Jedną z metod często stosowanych w celu globalnej analizy ekspresji genów i transkryptomów roślin jest metoda mikromacierzy

PROTEOMIKA -Badanie właściwości białek na poziomie ekspresji, modyfikacji potranslacyjnej i interakcji Proteomika ekspresyjna – badanie zmian ilościowych ekspresji białek w skali globalnej metody: elektroforeza dwukierunkowa i identyfikacja białek za pomocą spektroskopii masowej. metody immunocytochemiczne np.biblioteki fagowe przeciwciał

subkomórkowego białek i ich interakcji Proteomika komórkowa – badanie rozmieszczenia subkomórkowego białek i ich interakcji (określenie funkcji białek w obrębie komórki) Identyfikacja i lokalizacja kompleksów białkowych w poszczególnych stanach i rodzajach komórek polega na konstruowaniu map fizycznych

Schemat fizycznego mapowania komórki: Frakcje subkomórkowe Oczyszczanie Izolowanie kompleksów Identyfikacja białek za pomocą spektroskopii masowej Informatyka Zagęszczanie mapy komórki

METABOLOMIKA - Identyfikacja funkcji genu na podstawie analizy metabolomu metabolity jako wtórne i końcowe produkty ekspresji genów definiują fenotyp biochemiczny komórki czy tkanki obecne techniki analiz chemicznych pozwalają na szybkie i ekonomicznie korzystne badanie całych profili związków niskocząsteczkowych organizmu w tym badanie zmian w składzie metabolomu całych kolekcji mutantów roślinnych techniki: chroatografia gazowa w połączeniu ze spektrometrią masową ( GC/MS) wysokociśnieniowa chromatografia cieczowa ( HPLC) magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) elektroforeza kapilarna i inne ogromna ilość uzyskiwanych danych zestawiana w bazach danych

FENOMIKA - analiza różnorodności roślin z uwzględnieniem ich morfologii Związanie funkcji z genem wymaga w tym wypadku wprowadzenia zmian do genotypu i zbadania zmian jakie zaszły w morfologii – porównanie fenotypów mutantów i roślin typu dzikiego Często analiza całych kolekcji mutantów i określenie profili fenotypowych Charakterystyka fenotypowa roślin pod względem: tempa wzrostu, czasu kwitnienia, zbioru nasion, kształtu liści i innych

Physcomitrella mały rozmiar genomu wysoki konserwatyzm sekwencji nukleotydów z roślinami nasiennymi dominacja fazy haploidalnej zdolność integracji transformowanego DNA często na drodze rekombinacji homologicznej – cecha unikalna wśród roślin przeprowadzanie nokautów genowych z dużą precyzją poziom nokautów w DNA można skorelować z fenotypem mutantów i na tej podstawie można wnioskować o funkcji „przerwanego” genu

Pełny obraz funkcjonowania genomu ( a tym bardziej komórek, tkanek i całych organizmów) będzie można uzyskać integrując rezultaty badań z zakresu genomiki strukturalnej (mapy sekwencji), ekspresyjnej ( mapy ekspresji genów i mapy ekspresji na poziomie białek) oraz genomiki funkcjonalnej.

System integracji wszystkich danych z poszczególnych poziomów analizy funkcjonalnej ( transkryptomiki, proteomiki, matabolomiki, fenomiki) ze szczególnym uwzględnieniem bioinformatyki prowadzi do określenia skomplikowanej sieci aktywności genów roślinnych. Przewiduje się, ze w przyszłości na podstawie utworzonych baz danych możliwe będzie konstruowanie wirtualnych roślin, które służyć będą jako modele do badania aktywności i funkcji genów w organizmach roślinnych