Tai, kas vyksta po žeme kukurūzų lauke, nesunku nepastebėti, tačiau kukurūzų šaknų architektūra gali atlikti svarbų vaidmenį įsisavinant vandenį ir maistines medžiagas, darydama įtaką tolerancijai sausrai, vandens naudojimo efektyvumui ir tvarumui. Jei selekcininkai galėtų paskatinti kukurūzų šaknis augti žemyn statesniu kampu, pasėliai galėtų pasiekti svarbius išteklius giliau dirvožemyje.
Pirmasis žingsnis siekiant šio tikslo yra išmokti genus, susijusius su gravitropizmu, šaknų augimu reaguojant į gravitaciją. Naujame tyrime, paskelbtame Bylos Nacionalinės mokslų akademijos, Viskonsino universiteto mokslininkai, bendradarbiaudami su Ilinojaus universiteto mokslininkais. nustatyti keturis tokius genus kukurūzuose ir pavyzdiniame augale Arabidopsis.
Kai dygstanti sėkla paverčiama ant šono, vienos šaknys staigiai, staigiai pasisuka į gravitaciją, o kitos pasuka dalelę lėčiau. Tyrėjai naudojo mašininio matymo metodus, kad stebėtų subtilius šaknų gravitropizmo skirtumus tūkstančiuose sodinukų ir sujungė šiuos duomenis su kiekvieno sodinuko genetine informacija. Rezultatas atvaizdavo galimas gravitropizmo genų vietas genome.
Žemėlapis nukreipė tyrėjus į tinkamą genomo apylinkę – kelių šimtų genų regionus – tačiau jiems dar toli iki specifinių gravitropizmo genų nustatymo. Laimei, jie turėjo įrankį, kuris galėjo padėti.
„Kadangi anksčiau atlikome tą patį eksperimentą su toli giminingu Arabidopsis augalu, galėjome suderinti genus atitinkamuose abiejų rūšių genomo regionuose. Tolesni tyrimai patvirtino keturių genų, modifikuojančių šaknies gravitropizmą, tapatybę. Nauja informacija galėtų padėti mums suprasti, kaip gravitacija formuoja šaknų sistemos architektūrą“, – sako Edgaras Spaldingas, Viskonsino universiteto Botanikos katedros profesorius ir pagrindinis tyrimo autorius.
Mattas Hudsonas, Ilinojaus universiteto Augalininkystės mokslų katedros profesorius ir tyrimo bendraautoris, priduria: „Mes pažvelgėme į nepakankamai ištirtą kukurūzų požymį, kuris yra svarbus dėl daugelio priežasčių, ypač klimato kaitos kontekste. . Ir mes tai padarėme, kad augalų evoliuciniai skirtumai būtų naudingi mums.
Kukurūzai ir Arabidopsis, mažas garstyčių giminaitis, išsamiai aprašytas augalų biologų, evoliucijos istorijoje išsivystė maždaug 150 milijonų metų. Hudsonas paaiškina, kad nors abi rūšys dalijasi pagrindinėmis augalų funkcijomis, jas kontroliuojantys genai laikui bėgant greičiausiai buvo sumaišyti genome. Pasirodo, tai yra geras dalykas norint susiaurinti bendrus genus.
Glaudžiai giminingose rūšyse genai linkę išsidėstyti maždaug ta pačia tvarka genome (pvz., ABCDEF). Nors tie patys genai gali egzistuoti tolimose giminingose rūšyse, genų tvarka regione, kuriame nurodomas bruožas, nesutampa (pvz., UGRBZ). Po to, kai mokslininkai nustatė, kur ieškoti kiekvieno genomo, kitaip nesutampančios genų sekos išryškino bendruosius genus (šiuo atveju B).
„Maniau, kad labai šaunu, kad galime identifikuoti genus, kurių kitaip nebūtume radę, tiesiog palyginę nesusijusių augalų rūšių genominius intervalus“, – sako Hudsonas. „Mes buvome gana įsitikinę, kad jie buvo tinkami genai, kai jie išėjo iš karto iš šios analizės, tačiau Spaldingo grupė praleido dar septynerius ar aštuonerius metus, gaudama patikimus biologinius duomenis, kad patikrintų, ar jie iš tikrųjų vaidina gravitropizmą. Tai padarę, manau, patvirtinome visą metodą, kad ateityje galėtumėte naudoti šį metodą daugeliui skirtingų fenotipų.
Spalding pažymi, kad metodas tikriausiai buvo ypač sėkmingas, nes tikslūs matavimai buvo atlikti bendroje aplinkoje.
„Dažnai kukurūzų tyrinėtojai įvertina savo susidomėjimo bruožus lauke, o Arabidopsis tyrinėtojai linkę auginti savo augalus augimo kamerose“, – sako jis. „Mes išmatavome šaknies gravitropizmo fenotipą labai kontroliuojamu būdu. Šios sėklos buvo auginamos Petri lėkštelėje, o tyrimas truko vos valandas, o ne bruožus, kuriuos galite išmatuoti realiame pasaulyje ir kurie yra atviri įvairiems skirtumams.
Net kai bruožus galima išmatuoti bendroje aplinkoje, ne visi bruožai yra tinkami kandidatai šiam metodui. Tyrėjai pabrėžia, kad aptariami bruožai turėtų būti esminiai pagrindinei augalų funkcijai, užtikrinant, kad tie patys senovės genai egzistuotų ir nesusijusiose rūšyse.
„Gravitropizmas gali būti ypač tinkamas tirti taikant šį metodą, nes jis būtų buvęs raktas į pradinę ūglių ir šaknų specializaciją po sėkmingos žemės kolonizacijos“, - sako Spaldingas.
Hudsonas pažymi, kad gravitropizmas taip pat bus raktas į kitokio kraštovaizdžio kolonizavimą.
„NASA domisi pasėlių auginimu kitose planetose ar kosmose, todėl jie turi žinoti, ką reikėtų veisti, kad tai padarytumėte“, – sako jis. „Augalai yra gana išsiblaškę be gravitacijos“.
Straipsnis „Kukurūzų ir Arabidopsis QTL ortologijos panaudojimas siekiant nustatyti genus, turinčius įtakos natūraliai gravitropizmo variacijai“, paskelbtas Bylos Nacionalinės mokslų akademijos [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Tyrimą finansavo Nacionalinis mokslo fondas.
Augalininkystės mokslų katedra yra Ilinojaus Urbana-Champaign universiteto Žemės ūkio, vartotojų ir aplinkos mokslų kolegijoje.
Šaltinis: https://www.sciencedaily.com