Тое, што адбываецца пад зямлёй на кукурузным полі, лёгка не заўважыць, але архітэктура каранёў кукурузы можа гуляць важную ролю ў набыцці вады і пажыўных рэчываў, уплываючы на засухаўстойлівасць, эфектыўнасць выкарыстання вады і ўстойлівасць. Калі б селекцыянеры змаглі заахвоціць карані кукурузы расці ўніз пад больш крутым вуглом, ураджай патэнцыйна мог бы атрымаць доступ да важных рэсурсаў глыбей у глебе.
Першым крокам да гэтай мэты з'яўляецца вывучэнне генаў, якія ўдзельнічаюць у гравитропизме, росце каранёў у адказ на гравітацыю. У новым даследаванні, апублікаваным у Працы Нацыянальнай акадэміі навук, навукоўцы Універсітэта Вісконсіна ў супрацоўніцтве з даследчыкамі з Універсітэта Ілінойса. вызначыць чатыры такіх гена ў кукурузы і мадэльнага расліны Arabidopsis.
Калі прарастаючае насенне паварочваецца на бок, некаторыя карані робяць раптоўны, круты паварот да гравітацыі, у той час як іншыя паварочваюцца крыху павольней. Даследчыкі выкарыстоўвалі метады машыннага зроку для назірання тонкіх адрозненняў у гравитропизме каранёў у тысяч саджанцаў і аб'ядналі гэтыя дадзеныя з генетычнай інфармацыяй для кожнага саджанца. Вынік адлюстраваў верагодныя пазіцыі генаў гравитропизма ў геноме.
Карта прывяла даследнікаў да правільнага суседства ў геноме - рэгіёнаў некалькіх сотняў генаў - але яны былі яшчэ далёкія ад ідэнтыфікацыі канкрэтных генаў гравитропизма. На шчасце, у іх быў інструмент, які мог дапамагчы.
«Паколькі раней мы праводзілі той жа эксперымент з далёкім роднасным раслінай Arabidopsis, мы змаглі супаставіць гены ў адпаведных рэгіёнах геному абодвух відаў. Наступныя тэсты пацвердзілі ідэнтычнасць чатырох генаў, якія змяняюць гравитропизм каранёў. Новая інфармацыя можа дапамагчы нам зразумець, як гравітацыя фармуе архітэктуру каранёвай сістэмы», — кажа Эдгар Спалдынг, прафесар кафедры батанікі Універсітэта Вісконсіна і вядучы аўтар даследавання.
Мэт Хадсан, прафесар кафедры раслінаводства Універсітэта Ілінойса і сааўтар даследавання, дадае: «Мы разгледзелі недастаткова даследаваную рысу кукурузы, якая важная па шэрагу прычын, асабліва ў кантэксце змены клімату. . І мы зрабілі гэта, прымусіўшы эвалюцыйныя адрозненні паміж раслінамі працаваць на нашу карысць».
Кукуруза і арабідопсіс, невялікі сваяк гарчыцы, вычарпальна апісаны біёлагамі раслін, у эвалюцыйнай гісторыі развіліся з інтэрвалам каля 150 мільёнаў гадоў адзін ад аднаго. Хадсан тлумачыць, што, хаця абодва віды маюць агульныя асноўныя функцыі раслін, гены, якія іх кантралююць, верагодна, з часам пераблыталіся ў геноме. Гэта аказваецца добрай рэччу для звужэння агульных генаў.
У блізкіх відаў гены, як правіла, выстройваюцца ў геноме прыкладна ў аднолькавым парадку (напрыклад, ABCDEF). Хаця аднолькавыя гены могуць існаваць у далёка роднасных відаў, парадак генаў у рэгіёне, у які адлюстроўваецца прыкмета, не супадае (напрыклад, UGRBZ). Пасля таго, як даследчыкі вызначылі, дзе шукаць у кожным геноме, неадпаведныя паслядоўнасці генаў прымусілі агульныя гены (у дадзеным выпадку B) выскачыць.
«Я думаў, што гэта вельмі крута, што мы можам ідэнтыфікаваць гены, якія мы не знайшлі б інакш, проста параўноўваючы геномныя інтэрвалы ў нероднасных відах раслін», — кажа Хадсан. «Мы былі цалкам упэўненыя, што гэта правільныя гены, калі яны выскачылі адразу з гэтага аналізу, але група Спалдынга выдаткавала яшчэ сем-восем гадоў на атрыманне цвёрдых біялагічных дадзеных, каб пацвердзіць, што яны сапраўды гуляюць ролю ў гравитропизме. Зрабіўшы гэта, я думаю, што мы пацвердзілі ўвесь падыход, каб у будучыні вы маглі выкарыстоўваць гэты метад для розных фенатыпаў».
Спалдынг адзначае, што метад быў, верагодна, асабліва паспяховым, таму што дакладныя вымярэнні праводзіліся ў агульным асяроддзі.
"Часта даследчыкі кукурузы будуць вымяраць свае цікавыя рысы на полі, у той час як даследчыкі Arabidopsis імкнуцца вырошчваць свае расліны ў камерах росту", - кажа ён. «Мы вымералі фенатып каранёвага гравітрапізму вельмі кантраляваным спосабам. Гэтыя насенне былі вырашчаны на пласцінцы Петры, і аналіз доўжыўся ўсяго некалькі гадзін, у адрозненне ад прыкмет, якія вы маглі б вымераць у рэальным свеце, якія адкрыты для ўсіх відаў варыяцый ".
Нават калі рысы можна вымераць у звычайным асяроддзі, не ўсе рысы з'яўляюцца добрымі кандыдатамі для гэтага метаду. Даследчыкі падкрэсліваюць, што рысы, пра якія ідзе гаворка, павінны быць фундаментальнымі для асноўных функцый раслін, гарантуючы, што тыя ж старажытныя гены існуюць у нероднасных відах.
«Гравітрапізм можа быць асабліва прыдатным для вывучэння з дапамогай гэтага падыходу, таму што ён быў бы ключом да першапачатковай спецыялізацыі парасткаў і каранёў пасля паспяховай каланізацыі сушы», - кажа Спалдынг.
Хадсан адзначае, што гравітрапізм таксама будзе ключом да каланізацыі іншага ландшафту.
«NASA зацікаўлена ў вырошчванні сельскагаспадарчых культур на іншых планетах або ў космасе, і яны павінны ведаць, для чаго вам трэба разводзіць, каб гэта зрабіць», — кажа ён. «Расліны даволі збянтэжаныя без гравітацыі».
Артыкул «Выкарыстанне арталогіі QTL кукурузы і арабідопсіса для ідэнтыфікацыі генаў, якія ўплываюць на натуральныя варыяцыі гравітрапізму», апублікаваны ў Працы Нацыянальнай акадэміі навук [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Даследаванне фінансавалася Нацыянальным навуковым фондам.
Кафедра раслінаводства знаходзіцца ў Каледж сельскай гаспадаркі, спажывецкіх і экалагічных навук Універсітэта Ілінойса Урбана-Шампейн.
Крыніца: https://www.sciencedaily.com