URBANA, Ilin. - Zinātnieki tuvojas tam, lai atrastu kaņepju gēnus ūdens kaņepēs un Palmeres amarānā, kas ir divas no visgrūtākajām lauksaimniecības nezālēm ASV.
Gēnu atrašana varētu radīt jaunas nezāļu “ģenētiskās kontroles” metodes, kas daudzās vietās vairs nereaģē uz herbicīdiem.
"Ja mēs zinātu, kuri gēni kontrolē neķītrību, un mēs varētu likt šiem gēniem vairoties populācijā, katrs lauka augs pēc pāris paaudzēm būtu vīrietis, un teorētiski populācija sabruktu," saka profesors un asociētais vadītājs Pats Tranels. iekš Augkopības zinātņu katedra gada Ilinoisas Universitāte un galvenā pētījuma autore Jauns fitologs.
Tranels un viņa kolēģi iepriekš bija identificējuši molekulāros marķierus, kas saistīti ar vīriešu genoma reģionu. Pēc sekvencējot vīriešu nezāļu genomus abām sugām pētnieki varēja izmantot šos marķierus, lai nulles līmeni samazinātu vīriešiem raksturīgajā reģionā. Tagad viņi atrodas 120 līdz 150 gēnu robežās no mērķa atrašanas.
"Mēs esam pārliecināti, ka lielākā daļa no aptuveni 120 gēniem, iespējams, neko nedara. Tie ir tikai sīkumi, kas uzkrājušies šajā genoma reģionā, ”saka Tranels. "Ja man vajadzētu uzminēt, es teiktu, ka varbūt 10 no viņiem faktiski dara kaut ko svarīgu."
Gēnu sašaurināšanai, kas saistīti ar dzimumu šajās nezālēs, varētu būt praktiska vērtība kontrolei, taču pētījums arī vispārīgi atklāj dioecijas fenomenu - vīriešu un sieviešu dzimumorgānus atsevišķiem indivīdiem. Lielākā daļa dzīvnieku ir divmāju, bet augos tas ir reti. Vairāk nekā 90% ziedošu augu dzimumorgāni ir vienam un tam pašam ziedam.
Ūdens kaņepes un Palmera amarants tomēr ir divmāju.
Dioecy nozīmē, ka augam nav iespējams pašapputes; tā vietā sieviešu dzimumšūnas jāapaugļo ar citu augu vīriešu ziedputekšņiem. Tā ir laba lieta, lai nodrošinātu populācijas ģenētisko daudzveidību. Un tas ir iespējams, kas ir padarījis ūdens kaņepes un Palmeras amarantu tik veiksmīgu, lai izvairītos no vairāku herbicīdu kaitīgās ietekmes.
“Līdz šim ūdens kaņepes un Palmeras amarants ir attīstījušas izturību pret herbicīdiem, kas aptver attiecīgi septiņus un astoņus darbības veidus. Divmāju reprodukcijas rezultātā visas šīs pretestības iezīmes tiek sajauktas un saskaņotas indivīdu iekšienē. Šī sajaukšanās ļāva abu sugu populācijām apvienot vairākas pretestības pret herbicīdiem, ražotājiem atstājot maz efektīvu herbicīdu izvēles iespēju, ”saka Tranels.
Izpratne par reto dioecijas fenomenu augos var palīdzēt zinātniekiem apkopot, kā īpašības tiek pārmantotas no katra vecāka, un saprast, kā šī parādība attīstās.
Atšķirībā no dzīvniekiem, kuros tiek uzskatīts, ka diodeecitāte ir attīstījusies tikai vienu reizi, zinātnieki uzskata, ka diodeecitāte augos ir attīstījusies daudzas reizes. Un, kā liecina Tranela pētījums, šķiet, ka tas ir attīstījies neatkarīgi no kaņepēm un Palmeres amaranta, kas ir divas ļoti cieši saistītas sugas.
"Es neesmu gatavs teikt, ka mēs absolūti zinām, ka viņi attīstījās atsevišķi, taču visa mūsu atrastā informācija atbalsta šo ideju. Tikai divi no 120-150 gēniem bija līdzīgi viens otram abās sugās, ”stāsta Tranels.
Viens no šiem kopīgajiem gēniem, Florigen, palīdz augiem reaģēt uz dienas garumu, uzsākot ziedēšanu. Tranels vēl nezina, vai tas nosaka ziedu dzimumu, taču viņš ir ieinteresēts, ka tas parādījās vīriešiem raksturīgajā Y reģionā abām sugām.
"Mēs precīzi nezinām, bet varbūt tas ir saistīts ar tēviņiem, kas zied agrāk nekā sievietes. Tas varētu būt izdevīgi tēviņiem, jo tad viņi izlaiž ziedputekšņus, kad pirmās mātītes kļūst uzņēmīgas. Tātad, ja patiesībā Palmera un ūdens kaņepes patiešām attīstīja diodeju atsevišķi, bet abi ieguva šo Florigen gēnu, lai iegūtu fitnesa priekšrocības, tas būtu lielisks paralēlas evolūcijas piemērs. "
Tranel cer vēl vairāk sašaurināt vīriešiem raksturīgo Y reģionu abās sugās, lai izolētu gēnus, kas nosaka tēviņu. Nav garantijas, ka pēc šo gēnu noteikšanas tiks izstrādāts ģenētiskās kontroles risinājums - Tranel, visticamāk, tam vajadzētu piesaistīt nozares partnerus, taču šāda rīka pieejamība nav tik tālu kā agrāk.
Raksts “Vīriešiem raksturīgie Y-hromosomu reģioni ūdens kaņepēs (Amaranthus tuberculatus) un Palmera amarants (Amaranthus palmeri), ”Tiek publicēts Jauns fitologs [DOI: 10.1111 / nph.17108]. Autoru vidū ir Džeikobs Montgomerijs, Darci Džakomīni un Pats Tranels no Ilinoisas universitātes un Detlefs Veigels no Maksa Plankas Attīstības bioloģijas institūta. Projektu atbalstīja USDA Nacionālais pārtikas un lauksaimniecības institūts un Maksa Planka sabiedrība.
Augkopības zinātņu katedra atrodas Lauksaimniecības, patērētāju un vides zinātņu koledža gada Ilinoisas nezāļu zinātne.