URBANA, Ill. - Znanstvenici su sve bliže pronalaženju gena za muškost u vodenoj konoplji i Palmer amarantu, dvama najtežim poljoprivrednim korovima u SAD-u
Pronalaženje gena moglo bi omogućiti nove metode "genetske kontrole" korova, koji na mnogim mjestima više ne reagiraju na herbicide.
"Kad bismo znali koji geni kontroliraju muškost i mogli bismo učiniti da se ti geni šire u populaciji, svaka biljka na terenu nakon nekoliko generacija bila bi mužjak, a teoretski bi se populacija srušila", kaže Pat Tranel, profesor i pridruženi voditelj u Odjel za biljne znanosti na Sveučilište Illinois i vodeći autor studije u Novi fitolog.
Tranel i njegovi kolege prethodno su identificirali molekularne markere povezane s muškom genomskom regijom. Nakon sekvenciranje muških genoma korova za obje vrste, istraživači su mogli upotrijebiti te markere na nulu u regiji specifičnoj za muškarce. Sada su unutar 120 do 150 gena kako bi pronašli svoju metu.
"Uvjereni smo da većina od tih 120-ak gena vjerojatno ne radi ništa. To su samo stvari koje su se nakupile u toj regiji genoma ”, kaže Tranel. "Da moram pogoditi, rekao bih da možda njih 10 zapravo radi nešto relevantno."
Sužavanje gena povezanih s rodom u ovim korovima moglo bi imati praktičnu vrijednost za suzbijanje, ali studija također rasvjetljava fenomen diocije - muških i ženskih spolnih organa na odvojenim jedinkama - općenito. Velika većina životinja su dvodomne, ali to je rijetko u biljkama. Više od 90% cvjetnica ima oba spolna organa na istoj jedinki, a često i unutar istog cvijeta.
Waterhemp i Palmer amaranth su, međutim, dvodomni.
Dioecija znači da je biljci nemoguće samooprašivanje; umjesto toga, ženske spolne stanice moraju biti oplođene muškim peludom druge biljke. To je dobra stvar za osiguravanje genetske raznolikosti populacije. I vjerojatno je ono što je waterhemp i Palmer amarant učinilo tako uspješnim u izbjegavanju štetnih učinaka višestrukih herbicida.
“Do danas su waterhemp i Palmer amaranth razvili otpornost na herbicide koji obuhvaćaju sedam, odnosno osam načina djelovanja. Dvodomna reprodukcija rezultira miješanjem svih ovih osobina otpora u pojedincima. Ovo miješanje omogućilo je populacijama obje vrste da kombiniraju višestruku otpornost na herbicide, ostavljajući proizvođačima malo učinkovitih izbora herbicida ”, kaže Tranel.
Razumijevanje rijetkog fenomena diocije u biljkama može pomoći znanstvenicima da slože kako se osobine nasljeđuju od svakog roditelja i da razumiju kako se fenomen razvija.
Za razliku od životinja, za koje se smatra da se diocija razvila samo jednom, znanstvenici vjeruju da se diocija u biljkama razvila mnogo puta. I, prema Tranelovoj studiji, čini se da se neovisno razvio u vodenoj konoplji i Palmer amarantu, dvije vrlo blisko povezane vrste.
“Nisam spreman reći da apsolutno znamo da su se odvojeno razvili, ali sve informacije koje smo pronašli podupiru tu ideju. Samo su dva od 120-150 gena bila međusobno slična među dvije vrste ”, kaže Tranel.
Jedan od tih zajedničkih gena, Florigen, pomaže biljkama da reagiraju na duljinu dana inicirajući cvjetanje. Tranel još ne zna određuje li spol cvijeća, ali zaintrigirao ga je da se pojavio u muškom području Y za obje vrste.
“Ne znamo sa sigurnošću, ali možda je to povezano s mužjacima koji cvjetaju ranije od ženki. To bi moglo biti korisno za muškarce, jer bi tada bacali pelud kad prve ženke postanu prijemljive. Pa ako su, zapravo, Palmer i waterhemp zaista razvili dioceciju odvojeno, ali oboje su ovaj Florigenov gen stekli radi kondicijske prednosti, to bi bio sjajan primjer paralelne evolucije. "
Tranel se nada da će suziti muški specifičnu Y regiju kod obje vrste da bi još više izolirao gene koji određuju muškost. Ne postoji jamstvo da će se razviti rješenje genetske kontrole nakon što se ti geni identificiraju - Tranel bi za to vjerojatno trebao privući industrijske partnere - ali posjedovanje takvog alata nije tako daleko kao nekada.
Članak, „Muškarci specifične Y-kromosomske regije u vodenoj konoplji (Amaranthus tuberculatus) i Palmer amarant (Amaranthus palmeri), ”Objavljeno je u Novi fitolog [DOI: 10.1111 / nph.17108]. Među autorima su Jacob Montgomery, Darci Giacomini i Pat Tranel sa Sveučilišta Illinois, te Detlef Weigel s Instituta Max Planck za razvojnu biologiju. Projekt je podržao USDA Nacionalni institut za hranu i poljoprivredu i društva Max Planck.
Odjel za biljne znanosti nalazi se u Visoka škola za poljoprivredne, potrošačke i ekološke znanosti na Znanost o korovima u Illinoisu.