Krebszellwachstum scheint mit der evolutionären Entwicklung von dickem Obst und Gemüse in Zusammenhang zu stehen, finden Cornell-Forscher

Krebszellwachstum scheint mit der evolutionären Entwicklung von dickem Obst und Gemüse in Zusammenhang zu stehen, finden Cornell-Forscher
Krebszellwachstum scheint mit der evolutionären Entwicklung von dickem Obst und Gemüse in Zusammenhang zu stehen, finden Cornell-Forscher
Anonim

ITHACA, N.Y. - Der genetische Mechanismus, der im Laufe der Jahrtausende der Evolution pralle und saftige Früchte und Gemüse hervorgebracht hat, könnte auch an der Vermehrung menschlicher Krebszellen beteiligt sein.

Pflanzenbiologen und Informatiker an der Cornell University haben im Wesentlichen eine direkte genetische Verbindung zwischen den am Pflanzenwachstum beteiligten Evolutionsprozessen und den am Wachstum von Säugetiertumoren beteiligten Prozessen hergestellt.

Bei der Untersuchung der genetischen Karte der Tomate (Lycopersicon esculentum) fanden die Forscher in einem einzigen Gen namens ORFX eine „aufpolsternde“Eigenschaft – Merkmale, die früh in der Blütenentwicklung der Pflanze exprimiert werden. Die aus dem Gen erh altene Proteinsequenz wurde durch Computerdaten als ähnlich dem menschlichen Onkogen c-H-ras p21 vorhergesagt, was auf einen gemeinsamen Mechanismus in den zellulären Prozessen hindeutet, die zu großen, essbaren Früchten in Pflanzen und Krebs beim Menschen führen. Die Forschung wird in der neuesten Ausgabe (7. Juli) von Science detailliert beschrieben.

"Wir beginnen zu verstehen, dass es sehr verbreitete Mechanismen gibt, die Leben erschaffen", sagt Steven D. Tanksley, Cornell Liberty Hyde Bailey Professor für Pflanzenzüchtung und Hauptautor der Forschungsarbeit. „Dies ist ein Fall, in dem wir eine Verbindung zwischen der landwirtschaftlichen Forschung gefunden haben, wie Pflanzen essbare Früchte produzieren, und wie Menschen anfällig für Krebs werden. Das ist eine Verbindung, die in der Vergangenheit niemand hätte herstellen können.

"In dieser Ära der Genomik betrachten viele Menschen unterschiedliche Organismen, und wir fangen an, Verbindungen zu erkennen, die wir uns nie vorgestellt haben", sagt Tanksley.

Die Entdeckung entspringt den Versuchen der Cornell-Forscher, die entfernten evolutionären Veränderungen zu identifizieren, die zu den reichh altigen Produkten der modernen Landwirtschaft führten. Tanksley erklärt, dass wilde Obst- und Gemüsesorten nicht immer für den menschlichen Verzehr geeignet waren. Normalerweise waren sie zu dürr, um viel Nahrung zu bieten. Aber über Jahrtausende kreuzten nicht nur Menschen Pflanzen, sondern die Pflanzen kreuzten sich auch selbst. So wurden viele Sorten fleischig genug zum Essen.

Maiskörner waren ursprünglich nicht saftig, und wilde Tomaten sahen eher aus wie rote Heidelbeeren. „Wenn Sie einen schönen Maiskolben sehen, sehen Sie tatsächlich eine grobe Übertreibung der wahren Anatomie des Maises. Tomaten und alle anderen Obst- und Gemüsesorten zeigen im Vergleich zu ihren Vorfahren dasselbe.Sie haben grobe Übertreibungen der spezifischen Teile ihrer Anatomie - zum Beispiel ihrer Früchte - die von Menschen geschätzt werden ", sagt Tanksley.

Ohne diesen Mechanismus hätten sich die Menschen nicht über das Jäger-Sammler-Stadium hinaus entwickelt und moderne Zivilisationen wären nicht entstanden. „Wir sind jetzt abhängig von domestiziertem Obst und Gemüse. Ohne sie können wir uns nicht ernähren, und ohne uns können sich auch die domestizierten Pflanzen nicht selbst ernähren“, sagt Tanksley. "Die Menschen und die Pflanzen wurden in einen Tanz der Co-Evolution verwickelt."

Die Cornell-Forscher konnten mit Hilfe der Informatik einen Blick in die urzeitliche Entwicklung der Nahrung werfen. Sie fanden einen Locus für genetische quantitative Merkmale oder QTL (die Position spezifischer Merkmale auf Genen), der an der Evolution und Domestizierung einer Tomate von kleinen Beeren zu einer großen Frucht beteiligt ist. Das ORFX-Gen, das sich bei fw2.2 auf der DNA der Pflanze befindet, verändert das Fruchtgewicht um bis zu 30 Prozent.Die Forscher sagen, dass dieses Gen ein Schlüssel zur Domestizierung von Wildpflanzen ist.

Die Entdeckung hätte Jahrzehnte gedauert, wenn die Forscher herkömmliche Methoden angewendet hätten. Nachdem Tanksley die Nukleotidsequenz aus dem Gen erh alten hatte, das wiederum die Proteinsequenz lieferte, arbeitete er mit Ron Elber zusammen, Cornell-Professor für Informatik und amtierender Direktor des Center for Parallel Processing Resources for Biomedical Scientists in Cornell. Mit einem am Cornell Theory Center entwickelten Programm für Computerbiologie erstellten die Wissenschaftler aus der Proteinsequenz eine dreidimensionale Struktur. Die von ihnen verwendete Software heißt Learning, Observing and Outputing of Protein Patterns (LOOPP), die Sequenzen und Proteinstrukturen abgleicht.

Elber und Forscher Jaroslaw Meller verglichen die neuartige Tomatensequenz mit bekannten dreidimensionalen Proteinformen und fanden einen Treffer. Unter Verwendung der Struktur des Proteins ras (menschliches Onkogen) als Vorlage konnten sie einige der spezifischen Aufgaben des Proteins identifizieren.„Das Protein in 3D-Form zu bringen, gab uns Richtlinien dafür, wonach wir suchen sollten, und um die kritischen Aminosäuren zu sehen“, sagt Elber. "Ohne Hinweise ist es schwierig."

Der von Meller und Elber in Cornell entwickelte Algorithmus ist außergewöhnlich effizient. Es identifizierte das Tomatengen in weniger als einer Minute.

Sagt Tanksley: "Es ist erstaunlich, dass diese Art von Forschung in der Geschwindigkeit durchgeführt werden konnte, in der sie durchgeführt wurde. Dies wäre vor ein paar Jahren unmöglich gewesen."

Weitere Autoren des Wissenschaftspapiers „fw2.2: A Quantitative Trait Locus Key to the Evolution of Tomato Fruit Size“sind die Forscher Anne Frary und Esther ven der Knaap; Gaststipendiaten T. Clint Nesbitan und Silvana Grandillo; Cornell-Doktorandin Amy Frary; und die Postdoktoranden Meller, Bin Cong und Jiping Liu. Der verstorbene Kevin B. Alpert, der bei Tanksley promoviert wurde, war ein wesentlicher Bestandteil der Forschung der Zeitung.Alpert starb am 1. April 1999 an amyotropher Lateralsklerose. Die Zeitung war ihm gewidmet.

Die Forschung wurde vom National Research Initiative Cooperative Grants Program, dem U.S. Department of Agriculture Plant Genome Program, der National Science Foundation, dem Binational Agriculture Research and Development Fund und dem National Institutes of He alth National Center for Research Resources finanziert.

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