ยีนคาเฟอีนมีวิวัฒนาการอย่างน้อยสองครั้งในพืช
การเขย่าคาเฟอีนของกาแฟมีวิวัฒนาการอย่างเว็บสล็อตอิสระจากชาและช็อกโกแลต การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมของเมล็ดกาแฟที่ได้รับความนิยมเผย
นักวิจัยได้ถอดรหัสจีโนมของ คอฟฟี่คาเนโฟรา ซึ่งเป็น กาแฟที่มีการเพาะปลูกมากเป็นอันดับสองและ เป็นต้นกำเนิดของ C. arabicaซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของถ้วย joe ที่ขายดีที่สุดในโลก ภายใน โครโมโซม 11 คู่ของ C. canephoraทีมงานพบยีนที่ซ้ำซ้อนจำนวนมาก รวมถึงยีนที่ผลิตคาเฟอีน การทำซ้ำดังกล่าวอาจทำให้สิ่งมีชีวิตสร้างผลิตภัณฑ์ของยีนเหล่านี้ได้มากขึ้น และพัฒนาโปรตีนใหม่หรือทำงานดีขึ้น
นักวิจัยรายงานใน Science 5 กันยายนซึ่งแตกต่างจากยีนที่เข้ารหัสเอ็นไซม์สังเคราะห์คาเฟอีนในต้นชาและต้นโกโก้ซึ่งมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดยีนคาเฟอีนของกาแฟอยู่ในกลุ่มที่แตกต่างกัน การค้นพบดังกล่าวบ่งชี้ว่าการผลิตคาเฟอีนมีวิวัฒนาการอย่างน้อยสองครั้ง
นักวิจัยกล่าวว่าการสังเคราะห์คาเฟอีนทำให้กากกาแฟประสบความสำเร็จในการวิวัฒนาการ สารเคมีที่ทำให้ตาสว่างสามารถกำจัดแมลงศัตรูพืชในใบไม้ได้ ในผลและเมล็ดพืชจะชะลอการงอกของพืชชนิดอื่น
เพื่อนำทฤษฎียีนของเขาไปปฏิบัติ ทั้งหมดที่เบิร์ตและเพื่อนร่วมงานต้องทำคือรื้อปรับระบบเอนโดนิวคลีเอสกลับบ้านเพื่อตัดจุดหนึ่งในจีโนมของยุง นักชีววิทยาสังเคราะห์ Kevin Esvelt จาก Harvard Medical School กล่าวว่าไม่ใช่เรื่องง่าย “มันเป็นหนึ่งในปัญหาที่ยากที่สุดในวิศวกรรมโปรตีน”
ต้องใช้เวลาหลายปี แต่ในปี 2011 เบิร์ตและเพื่อนร่วมงานได้ประกาศในNatureว่าพวกเขาได้สร้างเอนโดนิวคลีเอสกลับบ้านซึ่งสามารถค้นหาและตัดยีนในยุงได้ การทดลองดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าการสร้างยีนขับเคลื่อนในยุงนั้นเป็นไปได้ แต่ยีนขับเคลื่อนที่จะกำจัดยุงหรือขัดขวางความสามารถในการแพร่เชื้อมาลาเรียอยู่ในระหว่างดำเนินการ( SN Online: 11/23/15 )
นอกจากเอ็นโดนิวคลีเอสกลับบ้านแล้ว
นักวิทยาศาสตร์ยังได้ปรับแต่งระบบโปรตีนเทียมสองระบบเพื่อเป็นเครื่องมือแก้ไขยีนที่ตั้งโปรแกรมได้ เครื่องมือเหล่านี้เรียกว่า zinc finger nucleases และ TALENs (ย่อมาจาก transcription activator-like effector nucleases) เชื่อมโยงเอนไซม์ตัดกับโปรตีนที่จับ DNA ในจุดเฉพาะ โมเลกุลเหล่านี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถแก้ไขจีโนมได้อย่างแม่นยำ ( SN: 12/12/15, p. 7 ) แต่โปรตีน “เป็นภาระที่ต้องทำ” เบลเลนกล่าว การทำงานกับพวกเขานั้น “เจ็บปวดและช้าเกินไป” เขากล่าว “ถ้าไม่เร็วและมีประสิทธิภาพ แสดงว่าไม่ใช่เทคโนโลยีที่ดี”
CRISPR ให้ความเร็ว เช่นเดียวกับเทคโนโลยีก่อนหน้านี้ ส่วนหนึ่งของระบบ CRISPR ที่ตัดดีเอ็นเอคือโปรตีน (เอนไซม์ Cas9) แต่ต่างจากระบบอื่นๆ CRISPR จะจับคู่กรรไกรของเอ็นไซม์กับชิ้นส่วนของ RNA ที่นำทางไปยังนักวิจัยด้านยีนที่ต้องการตัด เมื่ออาร์เอ็นเอพบการจับคู่กับหน่วยเก็บข้อมูลของดีเอ็นเอที่เรียกว่าเบส เอ็นไซม์ Cas9 จะแยกดีเอ็นเอออก
RNA นั้นเขียนโปรแกรมได้ง่ายมาก นักวิจัยเพียงแค่ต้องเลือกส่วน DNA ที่ต้องการตัดและสังเคราะห์โมเลกุล RNA ที่ตรงกัน กระบวนการนี้ใช้เวลาหลายวัน เมื่อเทียบกับสัปดาห์หรือเดือนสำหรับเทคโนโลยีอื่นๆ
นักวิจัยยอมรับ CRISPR อย่างสุดใจและใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อจัดการจีโนมของสิ่งมีชีวิตจำนวนมากได้อย่างง่ายดายด้วยวิธีที่ต้องใช้เวลาหลายปีกว่าจะบรรลุผลหากเคย “ไม่แน่ สักวันหนึ่ง” Doudna กล่าว “ตอนนี้แหละ”
กรอไปข้างหน้า Esvelt ของ Harvard เป็นหนึ่งในคนกลุ่มแรกๆ ที่ตระหนักว่า CRISPR นั้นเป็นเอนโดนิวคลีเอสกลับบ้านที่มีความยืดหยุ่นสูงเป็นพิเศษ ซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นไดรฟ์ยีนได้อย่างง่ายดาย เขาและเพื่อนร่วมงานได้ วางแผน การใช้งานไดรฟ์ยีน CRISPR ที่เป็นไปได้ในเดือนกรกฎาคม 2014 ในeLife
ในขณะนั้น ยังไม่มีใครรายงานการสร้างไดรฟ์ยีนโดยใช้ CRISPR ที่เปลี่ยนไปในไม่ช้า ในเดือนมกราคม Esvelt และเพื่อนร่วมงานรายงานทางออนไลน์ที่ bioRxiv.org ว่าพวกเขาได้สร้างยีนไดรฟ์ในยีสต์ ในเดือนมีนาคม นักวิจัยจาก University of California, San Diego รายงานออนไลน์ในScienceว่าพวกเขาได้สร้างไดรฟ์ยีนในแมลงวันผลไม้
นักวิจัย นักชีววิทยา Valentino Gantz และ Ethan Bier กำลังมองหาวิธีที่จะทำให้การกลายพันธุ์ของแมลงหวี่ Drosophila กลายพันธุ์ได้ ง่าย Gantz มุ่งเน้นไปที่ยีนสีเหลืองซึ่งส่งผลต่อสีของแมลงวัน เขาคิดค้นชิ้นส่วนของ DNA ที่มียีนที่ผลิตโปรตีน Cas9 ร่วมกับ DNA ที่ผลิต RNA ไกด์ ซึ่งสั่งให้ไดรฟ์ตัดและพังตัวเองในยีนสีเหลือง ทำลายมัน
ยีนสีเหลืองที่แตกสลายทำให้แมลงวันดีซ่าน ซึ่งปกติแล้วจะมีสีแทนและมีแถบสีเข้ม ยีนสีเหลืองอยู่บนโครโมโซม X แมลงวันตัวเมียซึ่งมีโครโมโซม X สองสำเนา สามารถสืบทอดยีนสีเหลืองที่แตกสลายได้หนึ่งสำเนาและคงสีตามปกติของพวกมันไว้ สำเนาสองชุดเปลี่ยนเป็นสีทอง แต่ผู้ชายมีโครโมโซม X เพียงตัวเดียว ดังนั้นยีนเพียงตัวเดียว ดังนั้นการหยุดชะงักใดๆ จะทำให้พวกมันเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเว็บสล็อต
