"Weniger giftiger" Tabak kommt der Realität näher

Eine Entdeckung, die eines Tages dazu beitragen könnte, den Bedarf an Düngemitteln auf Stickstoffbasis beim Anbau von Pflanzen zu reduzieren.

Eine neue genetische Roadmap für Tabak wurde verwendet, um erfolgreich zwei mutierte Gene zu identifizieren und zu klonieren, die mit der Effizienz der Stickstoffverwertung in Verbindung stehen - eine Entdeckung, die eines Tages dazu beitragen könnte, den Bedarf an Düngemitteln auf Stickstoffbasis zu reduzieren. Dieselben Gene könnten auch eine Rolle bei der Verringerung der Konzentrationen einiger krebserregenden Verbindungen im Zigarettenrauch spielen. Die übermäßige Verwendung von stickstoffhaltigen Düngemitteln auf Feldfrüchten kann zu einem Überschuss an Nitrat in der Umwelt führen, was wiederum zu einer Versauerung und Eutrophierung von Wasser führen kann, zusätzlich zu aus dem Boden austretenden Nährstoffen. Dies kann zu einer Verringerung der biologischen Vielfalt und der Produktivität der Pflanzen sowie zu negativen Auswirkungen auf die Gesundheit von Mensch und Tier führen. Im Falle von Tabak kann ein ineffizienter Metabolismus von Stickstoff durch die Pflanze zu hohen Konzentrationen einiger Verbindungen auf Stickstoffbasis im Blatt führen, deren Anwesenheit zur Bildung bestimmter tabakspezifischer Giftstoffe im Rauch führt.

Wissenschaftler an der British American Tobacco, North Carolina State Universität (Raleigh, North Carolina, USA) und dem Boyce Thompson Institute (Cornell Universität, Ithaca, New York, USA) arbeiteten zusammen, um eine neue genetische Roadmap des Tabakgenoms (Nicotiana tabacum) zu entwickeln . Diese Roadmap legt die Position von (oder "verankert") 64% des Tabakgenoms fest, verglichen mit nur 20% in früheren Versuchen. Das Tabakgenom ist etwa 50% größer als ein menschliches Genom (etwa 4 Gb). Es ist auch wesentlich komplizierter als das menschliche Genom, weil es allopolyploid ist, das heißt, es entsteht aus der Hybridisierung verschiedener angestammter Spezies (in diesem Fall N. sylvestris und N. tomentosiformis) - jede Tabakzelle enthält Chromosomensätze, die von beiden stammen von diesen Arten. Dies macht die Assemblierung der Genomsequenz technisch sehr schwierig, da die kombinierten Genome in der Sequenz sehr ähnlich sind - in der Tat ein bisschen wie der Versuch, zwei durcheinandergeworfene Puzzles zusammenzusetzen, die sehr ähnliche, aber nicht identische Bilder enthalten. Die Sequenz enthält auch eine Menge von Wiederholungen, so dass einige Bereiche zusammenbauen wie das Puzzle eines blauen Himmels. Lesen Sie mehr über Quit Smoking - 4 natürliche Heilmittel, die Ihnen wirklich helfen, den Hintern zu treten!

"Die Herstellung dieser drastisch verbesserten Zusammensetzung für Tabak ist ein wesentlicher Fortschritt", sagte Chris Proctor, Chief Scientific Officer bei British American Tobacco. "Es wird mehrere Forschungswege eröffnen, die den Wissenschaftlern helfen werden, die Entwicklung der Tabakpflanze besser zu verstehen und Gene zu identifizieren, die für mehrere Merkmale verantwortlich sind, unabhängig davon, ob sie die Nachhaltigkeit der Landwirtschaft verbessern oder die Giftstoffe reduzieren Tabakwaren oder Verbesserung der Herstellung von Arzneimitteln und Biokraftstoffen. " Die neue Assemblierung wurde bereits verwendet, um zwei mutierte Gene erfolgreich zu identifizieren, die erklären, warum Burley-Tabak im Vergleich zu anderen Tabaksorten Stickstoff nicht sehr effektiv nutzt. "Verschiedene Kultivare von Burley-Tabak teilen diese beiden Genmutationen und geben uns einen Überblick darüber, warum sie sich von anderen Tabaken unterscheiden", erklärte Allen Griffiths, Leiter der Pflanzenbiotechnologie bei British American Tobacco. "Wir glauben, dass dies die erste erfolgreiche kartenbasierte Genentdeckung für N. tabacum darstellt und den Wert einer qualitativ hochwertigen Genom-Assemblierung für zukünftige Forschung zeigt."

Stickstoff ist essentiell für das Pflanzenwachstum, und viele Landwirte fügen Dünger auf Stickstoffbasis hinzu, um gute Erträge zu erzielen. Überschüssiger Stickstoff kann jedoch negative Auswirkungen auf die Umwelt haben. Die Entdeckung dieser Gene könnte daher dazu beitragen, die Stickstoffnutzungseffizienz einiger Tabaksorten sowie anderer kommerziell wichtiger Pflanzen zu verbessern - was letztlich den Bedarf an chemischen Düngemitteln reduziert. Der Einfluss von Burleys niedriger Stickstoffnutzungseffizienz auf seinen Stoffwechsel und sein Wachstum bedeutet dass einige Pflanzenvarianten erhöhte Mengen an Nikotin, anderen Alkaloiden und Nitriten enthalten, was zu höheren Konzentrationen von Tabak-spezifischen Nitrosamin (TSNA) -Verbindungen in ihrem Blatt führt. Die Modifikation der mutierten Gene könnte möglicherweise auch zur Entwicklung neuer Tabaksorten führen, die geringere Mengen an TSNA enthalten. Um den genetischen Code zu verankern, verwendeten die Forscher eine neue Technik, die als optisches Mapping bekannt ist. Dabei wird ein Fingerabdruck des Genoms genommen, der in sehr langen Sequenzen unbekannter DNA spezifische Sequenzmuster markiert, um einen Barcode aus DNA-Fragmenten zu erstellen. Der Barcode wird dann als eine Vorlage verwendet, auf die die neue Anordnung fallen gelassen und angepasst werden kann, ein bisschen so, als würde man ein Puzzle über einer Spur seines Bildes vervollständigen. Dies hat ermöglicht, dass viel mehr des Genoms im Vergleich zu früheren Assemblys an Tabakchromosomen verankert wurde. Die Studie erscheint in BMC Genomik. Lesen Sie hier Tipps zum Rauchen.

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