Se, mitä tapahtuu maan alla maissipellolla, on helppo sivuuttaa, mutta maissin juuriarkkitehtuurilla voi olla tärkeä rooli veden ja ravinteiden hankinnassa, mikä vaikuttaa kuivuuden sietoon, vedenkäytön tehokkuuteen ja kestävyyteen. Jos jalostajat voisivat kannustaa maissin juuria kasvamaan alas jyrkemmässä kulmassa, sato voisi mahdollisesti päästä tärkeisiin luonnonvaroihin syvemmällä maaperässä.
Ensimmäinen askel kohti tätä tavoitetta on oppia geenit, jotka liittyvät gravitropismiin, juurten kasvuun vasteena painovoimalle. Uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin Proceedings of National Academy of Sciences, Wisconsinin yliopiston tutkijat yhteistyössä Illinoisin yliopiston tutkijoiden kanssa. tunnistaa neljä tällaista geeniä maissista ja mallikasvista Arabidopsis.
Kun itävä siemen käännetään kyljelleen, jotkut juuret tekevät äkillisen, jyrkän käännöksen kohti painovoimaa, kun taas toiset kääntyvät murto-osan hitaammin. Tutkijat käyttivät konenäkömenetelmiä havaitakseen hienovaraisia eroja juuren gravitropismissa tuhansissa taimissa ja yhdistivät nämä tiedot jokaisen taimen geneettiseen tietoon. Tulos kartoitti gravitropismigeenien todennäköiset paikat genomissa.
Kartta sai tutkijat genomin oikealle alueelle - muutaman sadan geenin alueille - mutta he olivat vielä kaukana erityisten gravitropismiin liittyvien geenien tunnistamisesta. Onneksi heillä oli työkalu, joka auttoi.
"Koska olimme aiemmin tehneet saman kokeen kaukaa sukua olevan Arabidopsis-kasvin kanssa, pystyimme sovittamaan geenit molempien lajien genomin asiaankuuluvilla alueilla. Seurantatestit vahvistivat neljän juuren gravitropismia muokkaavan geenin identiteetin. Uudet tiedot voivat auttaa meitä ymmärtämään, kuinka painovoima muokkaa juurijärjestelmän arkkitehtuuria", sanoo Edgar Spalding, Wisconsinin yliopiston kasvitieteen laitoksen professori ja tutkimuksen johtava kirjoittaja.
Matt Hudson, Illinoisin yliopiston kasvitieteiden laitoksen professori ja tutkimuksen toinen kirjoittaja, lisää: "Tarkastelimme maissin alitutkittua ominaisuutta, joka on tärkeä useista syistä, erityisesti ilmastonmuutoksen yhteydessä. . Ja teimme sen saamalla kasvien väliset evoluutioerot toimimaan eduksemme."
Maissi ja Arabidopsis, pieni sinappisukulainen, jonka kasvibiologit ovat tyhjentävästi kuvanneet, kehittyivät evoluution historiassa noin 150 miljoonan vuoden välein. Hudson selittää, että vaikka molemmilla lajeilla on yhteiset kasvien perustoiminnot, niitä säätelevät geenit ovat todennäköisesti sekoittuneet genomissa ajan myötä. Se osoittautuu hyväksi tavallisten geenien kaventamiseksi.
Lähisukuisissa lajeissa geenit pyrkivät asettumaan suunnilleen samaan järjestykseen genomissa (esim. ABCDEF). Vaikka samat geenit saattavat esiintyä etäisesti sukulaislajeissa, geenien järjestys alueella, johon piirre kartoitetaan, ei täsmää (esim. UGRBZ). Kun tutkijat tunnistivat, mistä kussakin genomissa etsiä, muutoin yhteensopimattomat geenisekvenssit saivat yhteiset geenit (tässä tapauksessa B) esiin.
"Mielestäni oli erittäin siistiä, että pystyimme tunnistamaan geenejä, joita emme muuten olisi löytäneet, vain vertaamalla sukua kuulumattomien kasvilajien genomivälejä", Hudson sanoo. "Olimme melko varmoja, että ne olivat oikeita geenejä, kun ne selvisivät tästä analyysistä, mutta Spaldingin ryhmä vietti sitten vielä seitsemän tai kahdeksan vuotta saadakseen vankat biologiset tiedot varmistaakseen, että niillä todellakin on rooli gravitropismissa. Tämän jälkeen uskon, että olemme validoineet koko lähestymistavan siten, että tulevaisuudessa voit käyttää tätä menetelmää monille erilaisille fenotyypeille.
Spalding huomauttaa, että menetelmä oli todennäköisesti erityisen onnistunut, koska tarkat mittaukset tehtiin yhteisessä ympäristössä.
"Usein maissintutkijat mittaavat kiinnostuksen kohteitaan pellolla, kun taas Arabidopsis-tutkijat yleensä kasvattavat kasvejaan kasvukammioissa", hän sanoo. "Mittasimme juuren gravitropismin fenotyypin erittäin kontrolloidusti. Nämä siemenet kasvatettiin petrimaljalla, ja määritys kesti vain tunteja, toisin kuin todellisessa maailmassa mitattavia ominaisuuksia, jotka ovat avoimia kaikenlaisille vaihteluille."
Vaikka ominaisuuksia voidaan mitata yhteisessä ympäristössä, kaikki ominaisuudet eivät ole hyviä ehdokkaita tälle menetelmälle. Tutkijat korostavat, että kyseisten ominaisuuksien tulisi olla perustavanlaatuisia kasvien perustoiminnalle, jotta varmistetaan, että samat ikivanhat geenit ovat olemassa myös sukulaislajeissa.
"Gravitropismi voi olla erityisen sopiva tutkittavaksi tällä lähestymistavalla, koska se olisi ollut avain versojen ja juurien alkuperäiseen erikoistumiseen maan onnistuneen kolonisoinnin jälkeen", Spalding sanoo.
Hudson huomauttaa, että gravitropismi on avain myös erilaisen maiseman kolonisaatioon.
"NASA on kiinnostunut sadon kasvattamisesta muilla planeetoilla tai avaruudessa, ja heidän on tiedettävä, mitä varten sinun on jalostettava tehdäkseen sen", hän sanoo. "Kasvit ovat melko sekavia ilman painovoimaa."
Artikkeli "Maissin ja Arabidopsis QTL:n ortologian hyödyntäminen gravitropismin luonnolliseen vaihteluun vaikuttavien geenien tunnistamiseksi" on julkaistu Proceedings of National Academy of Sciences [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Tutkimuksen rahoitti National Science Foundation.
Viljelytieteiden laitos on University of Illinois Urbana-Champaignin maatalous-, kuluttaja- ja ympäristötieteiden korkeakoulussa.
Lähde: https://www.sciencedaily.com