URBANA, Ill. - Naukowcy są coraz bliżej znalezienia genów męskości konopi wodnych i amarantusa palmera, dwóch najbardziej uciążliwych chwastów rolniczych w USA
Znalezienie genów mogłoby umożliwić nowe metody „kontroli genetycznej” chwastów, które w wielu miejscach nie reagują już na herbicydy.
„Gdybyśmy wiedzieli, które geny kontrolują męskość i moglibyśmy sprawić, że te geny rozmnażają się w populacji, każda roślina na polu byłaby męska po kilku pokoleniach i teoretycznie populacja by się rozpadła” - mówi Pat Tranel, profesor i zastępca w Wydział Nauk Uprawnych na University of Illinois i główny autor badania w Nowy fitolog.
Tranel i jego koledzy wcześniej zidentyfikowali markery molekularne związane z męskim regionem genomowym. Po sekwencjonowanie genomów chwastów męskich w przypadku obu gatunków naukowcom udało się wykorzystać te markery do zera w regionie charakterystycznym dla samca. Teraz znajdują się w odległości od 120 do 150 genów od znalezienia celu.
„Jesteśmy przekonani, że większość z tych około 120 genów prawdopodobnie nic nie robi. To tylko rzeczy, które są nagromadzone w tym regionie genomu ”- mówi Tranel. „Gdybym miał zgadywać, powiedziałbym, że może 10 z nich faktycznie robi coś istotnego”.
Zawężenie genów związanych z płcią u tych chwastów może mieć praktyczną wartość w zwalczaniu, ale badanie rzuca również światło na zjawisko dwupienności - bardziej ogólnie rzecz biorąc, męskie i żeńskie narządy płciowe u osobników. Zdecydowana większość zwierząt jest dwupienna, ale występuje rzadko w roślinach. Ponad 90% roślin kwitnących ma oba narządy płciowe tego samego osobnika, często w obrębie tego samego kwiatu.
Waterhemp i Palmer amaranth są jednak dwupienne.
Dioecy oznacza, że niemożliwe jest samozapylenie rośliny; zamiast tego żeńskie gamety muszą być zapładniane męskim pyłkiem z innej rośliny. To dobra rzecz dla zapewnienia różnorodności genetycznej w populacji. I to prawdopodobnie sprawiło, że konopie wodne i amarantus Palmera tak skutecznie omijały szkodliwe działanie wielu herbicydów.
„Do tej pory konopie wodne i amarantus palmera wyewoluowały odporność na herbicydy w odpowiednio siedmiu i ośmiu trybach działania. Rozmnażanie dwupienne powoduje, że wszystkie te cechy odporności są mieszane i dopasowane u osobników. To mieszanie pozwoliło populacjom obu gatunków na połączenie wielu odporności na herbicydy, pozostawiając producentom niewiele skutecznych wyborów herbicydów ”- mówi Tranel.
Zrozumienie rzadkiego zjawiska dwupienności u roślin może pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób cechy są dziedziczone po każdym z rodziców i zrozumieć, jak to zjawisko ewoluuje.
W przeciwieństwie do zwierząt, w przypadku których uważa się, że dioecia wyewoluowała tylko raz, naukowcy uważają, że dioecia u roślin ewoluowała wiele razy. Według badań firmy Tranel, wydaje się, że wyewoluował on niezależnie w konopiach wodnych i amarantusie palmera, dwóch bardzo blisko spokrewnionych gatunkach.
„Nie jestem gotów powiedzieć, że absolutnie wiemy, że ewoluowały one oddzielnie, ale wszystkie informacje, które znaleźliśmy, potwierdzają ten pomysł. Tylko dwa z 120–150 genów były do siebie podobne w obu gatunkach ”- mówi Tranel.
Jeden z tych wspólnych genów, Florigen, pomaga roślinom reagować na długość dnia, inicjując kwitnienie. Tranel nie wie jeszcze, czy określa płeć kwiatów, ale jest zaintrygowany, że pojawił się w typowym dla samców regionie Y obu gatunków.
„Nie wiemy na pewno, ale może jest to związane z kwitnieniem samców wcześniej niż samic. Mogłoby to być korzystne dla samców, ponieważ wtedy rzucałyby pyłek, gdy pierwsze samice stałyby się podatne. Więc jeśli w rzeczywistości Palmer i waterhemp naprawdę wyewoluowali osobno, ale obaj nabyli ten gen Florigen dla przewagi sprawności, byłby to fajny przykład równoległej ewolucji ”.
Tranel ma nadzieję jeszcze bardziej zawęzić region Y specyficzny dla samców u obu gatunków, aby wyizolować geny określające męskość. Nie ma gwarancji, że rozwiązanie do kontroli genetycznej zostanie opracowane po zidentyfikowaniu tych genów - Tranel prawdopodobnie musiałby przyciągnąć do tego partnerów branżowych - ale posiadanie takiego narzędzia nie jest tak odległe jak kiedyś.
Artykuł „Specyficzne dla mężczyzn regiony chromosomalne Y w konopiach wodnych (Amarantus tuberculatus) i amarantusa Palmera (Amarantus palmowy) ”, Opublikowano w Nowy fitolog [ZROBIĆ: 10.1111 / nph.17108]. Wśród autorów są Jacob Montgomery, Darci Giacomini i Pat Tranel z University of Illinois oraz Detlef Weigel z Max Planck Institute for Developmental Biology. Projekt był wspierany przez Narodowy Instytut Żywności i Rolnictwa USDA oraz Towarzystwo Maxa Plancka.
Wydział Nauk Uprawnych znajduje się w College of Agriculture, Consumer and Environmental Sciences na Nauka o chwastach w Illinois.