Gene Function Discovery: New Computation Model Predicts Gene Function

03Şub10

Scientists have created a new computational model that can be used to predict gene function of uncharacterized plant genes with unprecedented speed and accuracy. The network, dubbed AraNet, has over 19,600 genes associated to each other by over 1 million links and can increase the discovery rate of new genes affiliated with a given trait tenfold. It is a huge boost to fundamental plant biology and agricultural research. Despite immense progress in functional characterization of plant genomes, over 30% of the 30,000 Arabidopsis genes have not been functionally characterized yet. Another third has little evidence regarding their role in the plant.

“In essence, AraNet is based on the simple idea that genes that physically reside in the same neighborhood, or turn on in concert with one another are probably associated with similar traits,” explained corresponding author Sue Rhee at the Carnegie Institution’s Department of Plant Biology. “We call it guilt by association. Based on over 50 million scientific observations, AraNet contains over 1 million linkages of the 19,600 genes in the tiny, experimental mustard plant Arabidopsis thaliana. We made a map of the associations and demonstrated that we can use the network to propose that uncharacterized genes are linked to specific traits based on the strength of their associations with genes already known to be linked to those characteristics.”

The network allows for two main types of testable hypotheses. The first uses a set of genes known to be involved in a biological process such as stress responses, as a “bait” to find new genes (“prey”) involved in stress responses. The bait genes are linked to each other based on over 24 different types of experiments or computations. If they are linked to each other much more frequently or strongly than by chance, one can hypothesize that other genes that are as well linked to the bait genes have a high probability of being involved in the same process. The second testable hypothesis is to predict functions for uncharacterized genes. There are 4,479 uncharacterized genes in AraNet that have links to ones that have been characterized, so a significant portion of all the unknowns now get a new hint as to their function.

The scientists tested the accuracy of AraNet with computational validation tests and laboratory experiments on genes that the network predicted as related. The researchers selected three uncharacterized genes. Two of them exhibited phenotypes that AraNet predicted. One is a gene that regulates drought sensitivity, now named Drought sensitive 1 (Drs1). The other regulates lateral root development, called Lateral root stimulator 1 (Lrs1). The researchers found that the network is much stronger forecasting correct associations than previous small-scale networks of Arabidopsis genes.

“Plants, animals and other organisms share a surprising number of the same or similar genes—particularly those that arose early in evolution and were retained as organisms differentiated over time,” commented a lead and corresponding author Insuk Lee at Yonsei University of South Korea. “AraNet not only contains information from plant genes, it also incorporates data from other organisms. We wanted to know how much of the system’s accuracy was a result of plant data versus non-plant derived data. We found that although the plant linkages provided most of the predictive power, the non-plant linkages were a significant contributor.”

“AraNet has the potential to help realize the promise of genomics in plant engineering and personalized medicine,” remarked Rhee. “A main bottleneck has been the huge portion of genes with unknown function, even in model organisms that have been studied intensively. We need innovative ways of discovering gene function and AraNet is a perfect example of such innovation.

“Food security is no longer taken for granted in the fast-paced milieu of the changing climate and globalized economy of the 21st century. Innovations in the basic understanding of plants and effective application of that knowledge in the field are essential to meet this challenge. Numerous genome-scale projects are underway for several plant species. However, new strategies to identify candidate genes for specific plant traits systematically by leveraging these high-throughput, genome-scale experimental data are lagging. AraNet integrates all such data and provides a rational, statistical assessment of the likelihood of genes functioning in particular traits, thereby assisting scientists to design experiments to discover gene function. AraNet will become an essential component of the next-generation plant research.”

Each line of this AraNet network represents a functional link between two genes. The colors indicate the strength of the link using a red-blue heat map scheme.The image includes about 100,000 functional links made among about 10,000 Arabidopsis genes. (Credit: Image courtesy Sue Rhee)

 

Source: ScienceDaily

Filed under: Genotyping   |  Leave a Comment

Bir genetikçi gözü ile GDO’lar

22Oca10

Bir bilim adamı olarak, ülkemizin yoğun siyasi gündemi içerisinde GDO’ların bu kadar tartışılması ve bir anda gündeme oturması açıkçası beni mutlu etmiştir. Bu mutluluğumun sebeplerinden biri, şimdiye kadar daha çok bilimsel toplantıların konusu olan GDO’ların bir anda halk tarafından merakla araştırılması ve anlaşılmaya çalışılması, ikincisi ise, GDO’lar ile birlikte insan sağlığı, doğa, bitki ıslahı, hayvan ıslahı, açlık, tarım ve bunların ekseninde bilimsel araştırmaların tartışılıyor olmasıdır… Bu ülkemiz için pek de alışık olmadığımız bir gündem olmuştur. Ama, ne yazık ki diğer tartışma konularında olduğu gibi yine bilim adamlarımız ve halkımız GDO’yu benimseyen ve karşı olan şeklinde iki gruba ayrılmış durumdadır. TV kanalları dahi konuyu tartışmak için çağırdığı bilim adamlarını GDO’ya taraftar olan ve olmayan şeklinde tanıtmaktadır!!! Halbuki, GDO’lar gibi bilimsel konuların tek bir gerçeği vardır ve bu gerçeğin tüm bilim adamlarınca kabul edilmesi veya edilmemesi gerekir…

GDO’lar ile ilgili olarak, politikacılar, tıp doktorları, ziraatçılar, kimyacılar, gıdacılar vb. meslek gruplarından çok sayıda insan, televizyonlarda, gazetelerde ve internet sitelerinde işin uzmanı olsun veya olmasın görüş bildirmektedir. Bunların arasından Tarım Bakanı Sayın Mehdi Eker’i tebrik ediyorum, çünkü kendisi bir politikacı olmasına rağmen, konuya tam bir bilim adamı sorumluluğunda yaklaşım göstermiş ve nerdeyse en sağduyulu açıklamaları yapmıştır. Öncelikle sizlere, insanlar da dahil olmak üzere yeryüzünde şu an yaşayan bütün canlıların “genetiği değiştirilmiş organizmalar, GDO” olduğunu hatırlatmak isterim… Biyoloji bilimine veya genetik bilimine biraz yakın olan insanlar, bütün canlıların birbirlerinin bazı genlerini içerdiğini bilirler ve gelecekte de genlerimize (genomumuza) diğer canlılardan gen alış-verişlerinin olabileceğini tahmin ederler… Bu gen alış-verişleri doğada canlılar arasında zaten bulunmaktadır, insanoğlu ise canlılar arasındaki bu doğal gen alış-verişine binlerce yıldır müdahale etmektedir… O zaman akla gelen soru GDO’ların neden bu kadar çok dikkat çektiğidir… Bu sorunun cevaplarından biri globalleşen tarım sektörü olabilir, çünkü eski zamanlarda her toplum kendi ürettiğini tükettirdi, dolayısıyla mümkün olan en verimliyi, en sağlıklıyı seçerdi. Şimdilerde ise, tarımda kullanılan tohum başka bir ülkeden, gübresi daha başka bir ülkeden gelebilmekte ve ürün bambaşka bir ülkede tüketilebilmektedir… GDO’ların bu kadar yoğun bir şekilde gündeme gelmesinin başka bir nedeni, politik ve ekonomik sebepler olabilir ki, bunlar konunun bilimsel yanını belirteceğim bu yazının konuları olmayacaktır…

Günümüzde yaşayan bütün canlıların aslında birer GDO olduğunu belirtmekle beraber, GDO terimi günümüzde daha çok “genetik mühendisliği teknikleri kullanılarak  Genomu Değiştirilmiş Organizma” anlamında kullanılmaktadır. Bu bağlamda, genetiği değiştirilmiş hayvanlar (GDH), genetiği değiştirilmiş gıdalar (GDG) ve genetiği değiştirilmiş bakteriler (GDB) üretilmiş, üretilmeye devam edilmekte ve bunların bir kısmı marketlerdeki yerlerini almışlardır… Her ne kadar genetiği değiştirilmiş bakterilerden ve hayvanlardan elde edilen çeşitli ürünler pazardaki yerlerini almışlarsa da, genetiği değiştirilmiş bitkiler (gıdalar, tahıllar, endüstri bitkileri vs.) ile ilgili tartışmalar hararetli bir şekilde sürmektedir.

GDO üretmek için söz konusu organizmaya (canlıya) normalde kendi yapısında bulunmayan bir veya bir kaç gen genetik mühendisliği teknikleri ile aktarılmaktadır. GDOları üretmedeki amaçlar arasında; çevre koşullarına (soğuk, kuraklık gibi) dayanıklı bitkiler elde etmek, besin değeri artırılmış tahıllar elde etmek, raf ömrü uzatılmış domates, kavun gibi ürünler elde etmek, herbisitlere (zararlı otları öldüren kimyasallar) dirençli şeker pancarı, soya fasulyesi üretmek, pestisitlere (zararlı böcekleri öldüren kimyasallar) dirençli mısır, pamuk elde etmek sayılabilinir… GDO’ların tarımı ve tüketimi ile ilgili öngörülen riskler arasında ise; GDO’ların zararsız bitki ve böcekleri de öldürme riski, bir süre sonra zararlıların GDO’lara direnç kazanma riski, GDO’lardaki yabancı genlerin insanlara ve diğer canlılara geçme riski, GDO’ların yeni alerjiler ortaya çıkarması riski, biyoçeşitliliği azaltma riski ve GDO’ların sadece zengin ve gelişmiş ülkelere fayda getirme riski sayılabilir.

Hızla artan dünya nüfusunu besleyebilmek için yapılması gereken iki temel iş (1) dünya üzerinde tarım yapılan alanları genişletmek ve/veya (2) ürünlerin (tahıl ürünleri, sığırlar vb.) verimini artırmaktır. Birincisini gerçekleştirdiğinizde dünya üzerindeki yeşil alanları ve doğal alanları azaltmış olursunuz ki, diğer canlıların yaşamak için bu alanlara ihtiyaçları vardır. İkincisi ise antik zamanlardan bu yana yapılan bir işlemdir ve insanlar bu yolla buğday, pirinç ve mısır bitkilerini yabani otlardan birer verimli mahsule dönüştürürken aslında genleri ile oynamışlardır. Nasıl ki tarım artık modern tekniklerle ve araçlarla yapılıyorsa, bitkilerin genleri ile oynama da artık ıslah yerine laboratuarlarda moleküler yöntemlerle yapılmaktadır.

Peki GDO veya gıdalar zararlı mıdır? Bu konu özellikle son yıllarda çokça tartışılan bir konu olmuştur. GDO üreten firmalar ve bazı kuruluşlar GDO’ların insan ve çevre için herhangi bir zarar teşkil etmediklerini açıklamışlar ve GDO’lar ile bitkilerin çeşitli zararlılara karşı dirençli olduklarını ve bu yolla kimyasal kullanımını azaltarak çevreye de yarar sağladıklarını belirtmişlerdir. Gerçekten de kullanılan kimyasallar hem toprağı kirletmekte hem de yağmur suları ile akarak içme sularına karışma olasılığı taşımaktadır. Bütün bu tartışmalar yapılırken GDO’lu mısırların zararsız kelebek larvalarını öldürdüğüne dair bir çalışma 1999 yılında yayınlandı (Nature, Vol 399, No 6733, p 214). Bu çalışmada GD (Genetiği Değiştirilmiş) mısır polenlerinin mısıra herhangi bir zararı olmayan kelebek larvalarının ölüm oranlarını artırdığı bildirilmiştir. Gerçekten de GD mısırların taşıdığı bt toksinleri sadece mısıra zarar veren böceklere değil diğer zararsız böceklere de zarar vermektedir. Ne yazık ki toksinler bu ayırımı yapamamaktadır. Bu çalışma daha sonra, USDA (ABD Tarım Departmanı), EPA (ABD Çevreyi Koruma Kurumu) gibi devlet kurumları ve bazı özel kurumlar tarafından yeniden ele alınmış ve GD mısırların zararları konusundaki bu çalışmanın kusurlu yapıldığı belirtilmiştir (Nature Biotechnology, Vol 17, p 1154, 1999). Bu konudaki tartışmalar gelecekte devam edeceğe benzemektedir…

Diğer bir çalışmada ise GD patateslerle beslenen farelerin ince bağırsaklarının zarar gördüğü öne sürülmüştür (Lancet, Vol 354, No 9187, pp 1353-1354, 1999). Fakat bu çalışma da bilim çevreleri tarafından kabul edilmemiştir (Science, Vol 286, p 656, 1999), çünkü bu çalışmada patates bitkisine insanlara ve farelere zararlı olduğu bilinen bir gen aktarılmıştır. GD gıdaların insanlarda yeni alerjiler doğurabileceği öne sürülmüştür. 2000 yılında böyle bir alerjinin varlığı rapor edilmiştir. Haberde, GD mısır ile beslenen 51 kişi alerji nedeniyle hastaneye kaldırılmıştır. Yapılan tetkikler sonucu, bunlardan 23’ünün aslında alerji geçirmedikleri anlaşılmış ve bu kişiler evlerine gönderilmiştir. Geri kalan 28 kişi daha detaylı testler için incelenmiş ve GD proteinlerin varlığı için test edilmişlerdir. Sonuç olarak alerjilerin sebebinin GD mısırdaki proteinler olmadığı belirtilmiştir. GDO’larla ilgili diğer bir endişe bunların taşıdığı genlerin bir şekilde insanlara veya diğer hayvanlara geçmesidir. Bu konuda da sığırlar üzerinde yapılan bir çalışmada, ister GD yemlerle ister normal yemlerle beslensin, yapılarında veya sütlerinde hiç bir şekilde bu yemlerden gelen DNA içermedikleri belirtilmiştir (Bulletin of the International Dairy Federation 144,  41-46, 2003). GDO karşıtı olanların öne sürdüğü diğer bir endişe ise, bu organizmaların biyoçeşitliliği yok edeceği yönündedir. Bu çok geçerli bir endişe olmamalıdır, çünkü sonuçta normal tarım yaptığınızda da biyoçeşitliliğe zarar veriyorsunuz. Düşünün bir kere, bir buğday tarlası yapmak için o alandaki bütün diğer bitkileri, hayvanları ve böcekleri bir şekilde yok ediyorsunuz değil mi?..

Sonuç olarak, GDO ürünleri için öngörülen riskler için şimdilik yeterli kanıt bulunmamakta, fakat olası riskler için araştırmalar devam etmelidir. Bazı GDO’lu ürünleri kullanmanın faydaları şimdiden görülmüştür ve bunların faydaları getirebilecekleri risklere ağır basmaktadır. GD gıdalar önemli oranda açlık ve eksik beslenme çeken dünya nüfusu için önemli bir kaynak olabilir. Ülkemiz bu teknoloji konusundaki çalışmalara en az diğer gelişmiş ülkeler kadar önem vermelidir, aksi takdirde bu konuda dışarıya bağımlı bir duruma geliriz.

Prof.Dr. Mahmut ÇALIŞKAN,  Mustafa Kemal Üniversitesi, Biyoloji Bölümü Öğretim Üyesi 

 

Filed under: Genotyping   |  Leave a Comment

Bilim ve ütopya dergisinden evrim kursu

19Oca10

Bilim ve Ütopya Dergisi 20-21 Şubat 2010′da  İstanbul’da evrim kursu düzenleyecektir. Kurs dahilindeki konuşmalar:

PROGRAM

Açılış Dersi: “Bilim nedir? Bilimin yöntemi? “- Prof. Dr. Semih Koray
“Türkiye’de Bilim ve Toplum” – Orhan Bursalı
“Moleküler Evrim”-  Doç. Dr. Filiz Gürel
“Darwin, Beagle Yolculuğu ve Evrim Kuramı”- Prof. Dr. Ali Nihat Bozcuk
“Akıllı Tasarımcı İddialara Bilim Felsefesi Açısından Yanıtlar” – Dr. Hasan G. Bahçekapılı
“Evrimsel Psikolojiye Giriş: Temel Kavramlar, Bulgular ve Tartışmalar “- Dr. Hasan G. Bahçekapılı
“Evrim Teorisi ve Öğrenme” – Prof. Dr. Falih Köksal
“İnsanın evrimi”- Prof. Dr. Erksin Güleç
“Fosil örnekleri ile evrim teorisi “- Prof. Dr. Erksin Güleç
“Evrimsel Psikiyatri”- Prof. Dr. Kerem Doksat
“Evrimsel Psikiyatri”-  Prof. Dr. Kerem Doksat
“Evrim uygulamaları” Prof. Dr. Işık Bökesoy

(Katılım şartları ve başvurular için iletişim bilgileri:
Canan Üsküplü, Deva Çıkmazı N: 7/2 Beyoğlu İstanbul,
0 212 2442372- 05385905554,

İletişim: bilim ve ütopya [bilimveutopya@gmail.com]

Filed under: Genotyping   |  Leave a Comment

Y chromosomes evolving rapidly

16Oca10

By comparing human and chimpanzee Y chromosome sequences, Whitehead Institute geneticists show the Y is undergoing swift change.

Anne Trafton, MIT News Office

The Y chromosome is often considered somewhat of a genetic oddball. Short and stubby, it carries hardly any genes, most of which are related to traits associated with maleness. Most of the chromosome consists of highly repetitive sequences of DNA, known as massive palindrome sequences, whose function is unknown. Evolutionary biologists have long believed that the mammalian Y chromosome is essentially stagnant, having lost most of its genes hundreds of millions of years ago. But new research from MIT’s Whitehead Institute, published in this week’s issue of Nature, overturns that theory. The research team, led by Whitehead Institute director and MIT biology professor David Page, showed that the Y chromosome is actually evolving rapidly and continuously remaking itself.

Filed under: Genotyping   |  Leave a Comment

Newly Discovered Enzymes could be Targeted to Make Water-Wise Crops

02Oca10

Biologists have identified plant enzymes that may help to engineer plants that take advantage of elevated carbon dioxide to use water more efficiently.

Plants take in the carbon dioxide they need for photosynthesis through microscopic breathing pores in the surface of leaves. But for each molecule of the gas gained, they lose hundreds of water molecules through these same openings. The pores can tighten to save water when CO2 is abundant, but scientists didn’t know how that worked until now.

A team led by Julian Schroeder, professor of biology at the University of California, San Diego, has identified the protein sensors that control the response. Enzymes that react with CO2 cause cells surrounding the opening of the pores to close down they report in the journal Nature Cell Biology online  December 13.

The discovery could help to boost the response in plants that…..

Filed under: Genotyping   |  Leave a Comment

In New Way to Edit DNA, Hope for Treating Disease

02Oca10

Only one man seems to have ever been cured of AIDS, a patient who also had leukemia. To treat the leukemia, he received a bone marrow transplant in Berlin from a donor who, as luck would have it, was naturally immune to the AIDS virus.

If that natural mutation could be mimicked in human blood cells, patients could be endowed with immunity to the deadly virus. But there is no effective way of making precise alterations in human DNA.

That may be about to change, if a powerful new technique for editing the genetic text proves to be safe and effective. At the University of Pennsylvania, Dr. Carl June and colleagues have used the technique to disrupt a gene in patients’ T cells, the type attacked by the AIDS virus. They have then infused those cells back into the body. A clinical trial is now under way to see if the treated cells will reconstitute a patient’s immune system and defeat the virus.

The technique, which depends on natural agents called zinc fingers, may revive the lagging fortunes of gene therapy because it overcomes the inability to insert new genes at a chosen site. Other researchers plan to use the zinc finger technique to provide genetic treatments for diseases like bubble-boy disease, hemophilia and sickle-cell anemia.

 Link

Filed under: Genotyping   |  Leave a Comment

Scientists Map Maize Genome

26Kas09

The team identified some 32,000 genes spread across the crop’s 10 chromosomes. They also found that more than 85 percent of the genome is composed of transposable genetic elements and that the crop shares 8,494 gene families with Arabidopsis, sorghum and rice. “Just as cytogenetic and genetic maps revolutionized research and crop improvement over the last century, the B73 maize reference sequence promises to advance basic research and to facilitate efforts to meet the world’s growing needs for food, feed, energy, and industrial feed stocks in an era of global climate change,” the team wrote in the paper.

Maize’s 3.2 billion base pair genome has many things to reveal, as evidenced by numerous companion papers published by Science, PLoS Genetics, PNAS and Plant Physiology analyzing everything from transposable genetic elements, maize centromere evolution, characterization of microRNA genes to hybrid vigor and the crop’s evolutionary history. Crop Biotech

Filed under: Genotyping   |  Leave a Comment

A tale of two integrations, transgene and T-DNA: gene targeting by homologous recombination in rice.

26Kas09

The first successful and reproducible gene targeting by homologous recombination, without the concomitant occurrence of ectopic events, has been reported. This will be a powerful approach for the characterization of gene function in rice, an important crop and a model for other cereal species. Models have been proposed to explain gene replacement by homologous recombination, including a possible model for Agrobacterium-mediated gene targeting using a strong positive-negative selection. Pubmed

Filed under: Genotyping   |  Leave a Comment

Richard Dawkins on Why Science is Art

29Eki09

While many, including Darwin himself, have misunderstood the work of a scientist as the dull grinding of facts and theories, Richard Dawkins sees the career as a colorful and incredibly creative enterprise—akin, in many ways, to the highest poetry and most imaginative art. (Richard Dawkins on Why Science is Art)

Filed under: Genotyping   |  Leave a Comment

Sağlıklı olmak için genomun hepsi gerekmiyor

23Eki09

Yaşamımız  genomumuza bağlı,  ancak tümüne değil. Hollanda Radbound Universitesi’nde yapılan  bir çalışmada insan genomunun “junk” dediğimiz kısımlarıyla çalışılarak hayati önem taşıyan minimal genom miktarı tahmin edilmeye çalışılmış. 600 sağlıklı öğrencinin genomu incelenmiş ve ortalama  10.000 baz çiftlik kısmın bazı öğrencilerde bulunmadığı ortaya çıkmış. Bu genomlar arasında  yaklaşık %0.2’lik bir kısma tekabül ediyor.

Delesyonların (DNA kaybı)  üçde ikisinden fazlası birden fazla kişide var, üstelik bunlar 40’a yakın genin içinde gerçekleşmiş. Bu genler genelde bağışıklık sistemi, koku ve diğer duyularla ilgili genler.

Peki, DNA’nın “gerekli” olmayan kısımları varsa neden bunlara sahibiz?  Joris Veltman, bu bölgelerin önceden gerekli olup sonradan önemli olmaktan çıkmış olabileceğini söylüyor, yaşamda kalabilmek için farklı yeteneklerin gelişmesi bir neden olabilir, yada genomun başka bir bölgesindeki evrimleşen diğer genler aynı işi üstlenmeye başlamış olabilirler.

Konuyu destekleyen diğer  bir sonuç ise Cambridge’deki Sanger Enstitüsü’nden geliyor, bozulmuş genleri tarayan araştırıcılar 200 genden birinin artık “işlevsel” olmadığını buldular. Hangi genin etnik gruplar arasında işlevsiz olup olmadığı sıradaki araştırma konusu.

Filed under: Genotyping   |  Leave a Comment