Arabidopsis thaliana (denumită popular gâscariță)Ciocârlan Vasile (2009). Flora ilustrată a României: Pteridophyta et Spermatophyta. Editura Ceres, București, pag. 533. este o plantă de talie mică din familia Brassicaceae, originară din Eurasia și Africa. Este întâlnită frecvent de-a lungul acostamentelor drumurilor, frecvent în zona de câmpie, fiind considerată a fi o buruiană.
Este o specie de plantă anuală cu un ciclu de viață relativ scurt, fiind un organism model utilizat foarte frecvent în studiile de biologia și genetica plantelor. Deși este un organism eucariot multicelular complex, A. thaliana are un genom relativ mic, format din aproximativ 135 de perechi de megabaze. A fost prima plantă al cărei genom a fost secvențiat și este un instrument important pentru înțelegerea biologiei moleculare a multor trăsături ale plantelor, inclusiv dezvoltarea florilor, frunzelor și detectarea luminii, precum și în studiile de genetică și genomică.
Descriere
Arabidopsis thaliana este o plantă anuală (rareori bienală), care atinge de obicei o înălțime de până la 20-25 cm. Frunzele speciei formează o rozetă la bază, însă prezintă și câteva frunze pe tulpina floriferă. Frunzele bazale sunt de culoare verde până la ușor violacee, au o lungime de 1,5-5 cm și o lățime de 2-10 mm, cu o margine întreagă sau grosier zimțată. Frunzele tulpinale sunt mai mici și lipsite de peduncul, de obicei cu marginea întreagă. Frunzele sunt acoperite cu peri mici, unicelulari, denumiți tricomi. Florile au un diametru de 3 mm și sunt dispuse în inflorescențe de tip corimb, astfel încât structura lor este cea tipică pentru familia Brassicaceae. Fructul este o silicvă de 5-20 mm lungime, care conține 20-30 de semințe.Flora of NW Europe: Arabidopsis thaliana Blamey, M. & Grey-Wilson, C. (1989). Flora of Britain and Northern Europe. Flora of Pakistan: Arabidopsis thaliana Flora of China: Arabidopsis thaliana Rădăcinile au o structură simplă, cu o singură rădăcină primară care crește pe verticală în jos, producând ulterior rădăcini laterale mai mici. Aceste rădăcini formează interacțiuni cu bacteriile din rizosferă, cum ar fi Bacillus megaterium.
Întregul ciclu de viață al speciei se încheie în șase săptămâni. Tulpina centrală pe care se dezvoltă florile crește după aproximativ 3 săptămâni, iar florile se autopolenizează în mod natural. În laborator, A. thaliana este uzual cultivată în plăci Petri, în ghivece sau în cultură hidroponică, sub lumini fluorescente sau într-o seră.
Taxonomie miniatura|dreapta|Aspectul părții aeriene a speciei Specia a fost descrisă pentru prima dată în 1577, fiind identificată în Munții Harz de către Johannes Thal (1542-1583), un medic din Nordhausen, Thüringen, Germania. Aceasta a denumit specia Pilosella siliquosa. În 1753, Carl Linnaeus a redenumit planta Arabis thaliana, în onoarea lui Thal (în Species plantarum). În 1842, botanistul german Gustav Heynhold a creat genul Arabidopsis și a clasificat planta în acest gen (în Flora von Sachsen). Denumirea generică de Arabidopsis provine din limba greacă, însemnând „asemănătoare cu Arabis” (genul în care Linnaeus o plasase inițial).
Mii de accesiuni naturale consangvinizate de A. thaliana au fost colectate din întreaga sa zonă de răspândire. Acestea prezintă o variație genetică și fenotipică considerabilă, care poate fi utilizată pentru a studia adaptarea acestei specii la diferite medii.
În limba română, denumirea populară a speciei este gâscariță, deși aceasta poate face referire și la speciile endemice din genul Arabis, precum Arabis alpina și A. hirsuta. Accesat pe 23 martie 2024 Printre alte sinonime ale speciei se numără și: Arabis arcuata, Arabis crantziana, Cardamine pusilla, etc.
Habitat și răspândire Gâscarița este originară din Europa, Asia și Africa, iar distribuția sa geografică este continuă de la Marea Mediterană până în Scandinavia și din Spania până în Grecia. De asemenea, este nativă în ecosistemele alpine tropicale din Africa și, probabil, din Africa de Sud. A fost introdusă și naturalizată în întreaga lume, inclusiv în America de Nord în jurul secolului al XVII-lea.
A. thaliana crește cu ușurință și adesea colonizează soluri stâncoase, nisipoase și calcaroase. Este o specie cu răspândire frecventă în câmpie și zona colinară, fiind xeromezofilă.lon Sârbu, Nicolae Ștefan, Adrian Oprea (2013). Plante Vasculare din România. Determinator ilustrat de teren. Editura Victor B Victor, București. pag. 466. ISBN 978-606-8149-08-0 În general, este considerată o buruiană, datorită răspândirii sale pe scară largă pe câmpurile agricole, pe marginea drumurilor, pe liniile de cale ferată, pe terenurile virane și în alte habitate perturbate, dar, datorită capacității sale competitive limitate și a dimensiunilor mici, nu este clasificată ca buruiană dăunătoare. În mod analog cu majoritatea speciilor de Brassicaceae, A. thaliana este comestibilă pentru om, și poate fi consumată în salate sau gătită, totuși nu are o utilizare pe scară largă ca legumă.
Utilizare ca organism model miniatura|dreapta|Un mutant cu floare dublă de gâscariță, documentat pentru prima dată în 1873 Botaniștii și biologii au început să cerceteze specia A. thaliana la începutul anilor 1900, iar prima descriere sistematică a mutanților a fost făcută în jurul anului 1945. TAIR: About Arabidopsis A. thaliana este în prezent utilizată pe scară largă pentru diverse studii de știința plantelor, inclusiv a geneticii, evoluției, geneticii populațiilor și dezvoltării plantelor. Deși A. thaliana ca plantă are o importanță directă redusă pentru agricultură, utilizarea sa ca organism model a revoluționat înțelegerea biologiei genetice, celulare și moleculare a plantelor cu flori.
Primul mutant de A. thaliana a fost documentat în 1873 de către Alexander Braun, acesta descriind un fenotip de floare dublă (gena mutantă a fost probabil gena Agamous, clonată și caracterizată în 1990). Cu toate acestea, Friedrich Laibach (care a publicat numărul cromozomilor în 1907), nu a propus A. thaliana ca organism model până în anul 1943. Studenta sa, Erna Reinholz, a susținut teza de doctorat despre A. thaliana în 1945, descriind prima colecție de mutanți de A. thaliana pe care au generat-o cu ajutorul mutagenezei cu raze X. Laibach și-a continuat contribuțiile importante la cercetarea A. thaliana prin colectarea unui număr mare de accesiuni (adesea denumite în mod discutabil „ecotipuri”). Cu ajutorul lui Albert Kranz, acestea au fost organizate într-o colecție mare de 750 de accesiuni naturale de A. thaliana din întreaga lume.
În anii 1950 și 1960, John Langridge și George Rédei au jucat un rol important în stabilirea A. thaliana ca organism util pentru experimentele biologice de laborator. Rédei a redactat mai multe recenzii științifice care au contribuit la introducerea modelului în comunitatea științifică. Începuturile comunității de cercetare care au avut în prim-plan A. thaliana se bazează pe un buletin informativ denumit Arabidopsis Information Service, care a fost înființat în 1964. Prima conferință internațională privind Arabidopsis a avut loc în 1965, la Göttingen, Germania.
În anii 1980, A. thaliana a început să fie utilizată pe scară largă în laboratoarele de cercetare în domeniul plantelor din întreaga lume. A fost unul dintre mai mulți candidați, printre care se numărau porumbul, petunia și tutunul. Ultimele două erau atractive, deoarece erau ușor de transformat cu ajutorul tehnologiilor actuale de atunci, în timp ce porumbul era un model genetic bine stabilit pentru biologia vegetală. Anul în care A. thaliana a devenit plantă model a fost 1986, deoarece atunci au fost descrise transformarea mediată de ADN-T și prima genă clonată de A. thaliana.
Studii de genomică
Datorită dimensiunii reduse a genomului său și pentru că specia este diploidă, Arabidopsis thaliana este utilă pentru cartografierea și secvențierea genetică. Având aproximativ 157 de perechi de megabaze (MBp) și cinci cromozomi, A. thaliana are unul dintre cele mai mici genomuri dintre speciile vegetale. O perioadă îndelungată s-a crezut că are cel mai mic genom dintre toate plantele cu flori, dar în prezent se cunoaște faptul că cel mai mic genom aparține speciilor din genul Genlisea, ordinul Lamiales, în care specia Genlisea tuberosa, o plantă carnivoră, prezintă p dimensiune a genomului de aproximativ 61 Mbp. A fost primul genom vegetal care a fost secvențiat, finalizat în 2000 de către Inițiativa Genomului Arabidopsis. Cea mai recentă versiune a genomului A. thaliana este menținută de către Arabidopsis Information Resource.
Genomul speciei codifică aproximativ 27.600 de gene codificatoare de proteine și aproximativ 6.500 de gene non-codificatoare. Cu toate acestea, baza de date Uniprot enumeră 39.342 de proteine în cadrul proteomului de referință al Arabidopsis. Dintre cele 27.600 de gene codificatoare de proteine, 25.402 (91,8%) sunt în prezent adnotate ca fiind „semnificative”, deși o mare parte din aceste proteine este probabil doar slab înțeleasă și cunoscută doar în termeni generali (spre exemplu, ca „proteină de legare a ADN-ului fără specificitate cunoscută”). Uniprot enumeră mai mult de 3.000 de proteine ca fiind „necaracterizate” ca parte a proteomului de referință.
Plastomul sau genomul plastidian al speciei A. thaliana este reprezentat de o moleculă de ADN cu o lungime de 154.478 de perechi de baze, o dimensiune întâlnită de obicei la majoritatea plantelor cu flori. Acesta cuprinde 136 de gene care codifică proteine ribozomale din subunitatea mică (rps, în galben, vezi figura), proteine ribozomale din subunitatea mare (rpl, portocaliu), proteine ipotetice open reading frame ale cloroplastului (ycf, lămâie), proteine implicate în reacții fotosintetice (verde) sau cu alte funcții (roșu), ARN-uri ribozomale (rrn, albastru) și ARN-uri de transfer (trn, negru).
Genomul mitocondrial al A. thaliana are o lungime de 367.808 perechi de baze și conține 57 de gene. Există multe regiuni repetate în genomul mitocondrial al Arabidopsis. Cele mai mari repetări se recombină în mod regulat și izomerizează genomul. La fel ca majoritatea genomurilor mitocondriale ale plantelor, genomul mitocondrial al Arabidopsis există ca un aranjament complex de molecule ramificate și liniare suprapuse in vivo.
Studii de genetică miniatura|stanga|Imagine de microscopie electronică de scanare a unui tricom foliar unicelular de A. thaliana Transformarea genetică a speciei A. thaliana este o procedură de rutină, și uzual se utilizează Agrobacterium tumefaciens pentru a transfera ADN în genomul plantei. Protocolul actual, denumit „floral dip”, implică simpla scufundare a florilor într-o soluție care conține Agrobacterium purtător al unei plasmide de interes și un detergent. Această metodă evită necesitatea culturii de țesuturi sau a regenerării plantelor.
Colecțiile de gene „knockout” (gene blocate) de la A. thaliana reprezintă o resursă unică în biologia plantelor, posibilă datorită disponibilității transformărilor de mare capacitate și a finanțării resurselor genomice. Sediul inserțiilor T-DNA a fost determinat pentru peste 300.000 de linii transgenice independente, informațiile și semințele fiind accesibile prin intermediul bazelor de date T-DNA online. Prin intermediul acestor colecții, sunt disponibili mutanți inserționali pentru majoritatea genelor din A. thaliana.
Formarea tricomilor sau perilor este inițiată de către proteina GLABROUS1. Gene knockout ale acesteia produc plante lipsite de peri, denumite glabre. Acest fenotip a fost deja utilizat în experimentele de editare a genelor, și poate fi de interes pentru a fi utilizat ca marker vizual în cercetare pentru a îmbunătăți metodele de editare genetică, precum CRISPR/Cas9.
Alte studii