УРБАНА, штат Іллінойс - Вчені наближаються до пошуку генів чоловічої статі у водяної конопелі та амаранту Палмера, двох найбільш неприємних сільськогосподарських бур'янів у США.
Пошук генів може дозволити нові методи “генетичного контролю” для бур’янів, які в багатьох місцях вже не реагують на гербіциди.
"Якби ми знали, які гени контролюють чоловічу силу, і ми могли б змусити ці гени розмножуватися в популяції, кожна рослина в цій галузі стала б чоловіком після кількох поколінь, і теоретично популяція зазнала б краху", - говорить Пат Транел, професор і доцент в Відділ рослинництва в Університет штату Іллінойс і провідний автор дослідження в Росії Новий фітолог.
Раніше Транел та його колеги ідентифікували молекулярні маркери, пов'язані з чоловічою геномною областю. Після секвенування геномів чоловічих бур’янів для обох видів дослідники змогли використовувати ці маркери до нуля в специфічному для чоловіків регіоні. Зараз вони знаходять свою мішень в межах 120-150 генів.
“Ми впевнені, що більшість із цих приблизно 120 генів, мабуть, нічого не роблять. Це просто речі, які накопичуються в цій області геному », - каже Транел. "Якби мені довелося здогадуватися, я б сказав, що, можливо, 10 із них насправді роблять щось доречне".
Звуження генів, пов’язаних із статтю цих бур’янів, може мати практичне значення для боротьби, але дослідження також проливає світло на явище діоцету - чоловічих та жіночих статевих органів на окремих особинах - загалом. Переважна більшість тварин дводомні, але це рідко зустрічається у рослин. Більше 90% квітучих рослин мають обидва статеві органи на одній особині і часто в межах однієї квітки.
Водяна конопля і амарант Палмера є дводомними.
Діоцій означає, що рослина не може самозапилюватись; натомість жіночі статеві клітини повинні бути запліднені чоловічим пилком іншої рослини. Це добре для забезпечення генетичного різноманіття популяції. І цілком ймовірно, що зробило водогін і амарант Палмера настільки успішними у запобіганні згубному впливу численних гербіцидів.
«На сьогоднішній день водяна конопля та амарант Палмера виробили стійкість до гербіцидів, що охоплює сім та вісім способів дії відповідно. Дводомне розмноження призводить до того, що всі ці риси стійкості змішуються та узгоджуються всередині особин. Це змішування дозволило популяціям обох видів поєднувати численні стійкості до гербіцидів, залишаючи виробникам небагато ефективних варіантів вибору гербіцидів », - каже Транел.
Розуміння рідкісного явища діоцету у рослин може допомогти вченим зібрати, як риси успадковуються від кожного з батьків, і зрозуміти, як це явище еволюціонує.
На відміну від тварин, у яких, як вважають, діоцеум еволюціонував лише один раз, вчені вважають, що діоцет у рослин еволюціонував неодноразово. І, згідно з дослідженням Транела, він, схоже, еволюціонував незалежно від водяної конопелі та амаранту Палмера, двох дуже близьких видів.
«Я не готовий сказати, що ми абсолютно знаємо, що вони еволюціонували окремо, але вся інформація, яку ми знайшли, підтримує цю ідею. Лише два з 120-150 генів були схожі між собою у двох видів ”, - каже Транел.
Один із цих спільних генів, Флоріген, допомагає рослинам реагувати на тривалість дня, ініціюючи цвітіння. Транел ще не знає, чи визначає він стать квітів, але він заінтригований тим, що він з’явився в регіоні Y, характерному для чоловіка, для обох видів.
“Ми точно не знаємо, але, можливо, це пов’язано з тим, що самці цвітуть раніше, ніж жінки. Це може бути вигідним для самців, оскільки тоді вони скидають пилок, коли перші самки стають сприйнятливими. Тож якщо насправді Палмер і водяна конопля справді еволюціонували діоцеум окремо, але обидва придбали цей ген Флоріген для переваги у фітнесі, це був би чудовий приклад паралельної еволюції ".
Транель сподівається ще більше звузити специфічну для чоловіків область Y у обох видів, щоб виділити гени, що визначають чоловічу силу. Немає гарантії, що рішення генетичного контролю буде розроблено після того, як ці гени будуть ідентифіковані - Tranel, мабуть, доведеться залучити для цього партнерів з галузі, - але наявність такого інструменту далеко не так далеко, як колись.
Стаття, “Специфічні для чоловіків Y-хромосомні області у водяній конопелі (Амарант горбковий) і амарант Палмера (Амарант пальмерний), »Опубліковано в Новий фітолог [DOI: 10.1111 / нп.17108]. Серед авторів - Джейкоб Монтгомері, Дарчі Джакоміні та Пат Транел з Університету Іллінойсу та Детлеф Вейгель з Інституту біології розвитку Макса Планка. Проект підтримано Національний інститут продовольства та сільського господарства USDA та Товариством Макса Планка.
Відділ рослинництва знаходиться в Коледж сільськогосподарських, споживчих та екологічних наук в Наука про бур’яни в штаті Іллінойс.