URBANA, Ill. - Vědci se blíží k nalezení genů pro mužnost ve vodní hemp a palmerském amarantu, dvou z nejobtížnějších zemědělských plevelů v USA
Nalezení genů by mohlo umožnit nové metody „genetické kontroly“ plevelů, které na mnoha místech již nereagují na herbicidy.
"Kdybychom věděli, které geny kontrolují mužnost, a mohli bychom zajistit, aby se tyto geny množily v populaci, každá rostlina v poli by byla po několika generacích mužem a teoreticky by populace havarovala," říká Pat Tranel, profesor a spolupracovník vedoucí v Katedra rostlinných věd na Univerzita Illinois a hlavní autor studie v Nový fytolog.
Tranel a jeho kolegové již dříve identifikovali molekulární markery spojené s mužskou genomickou oblastí. Po sekvenování genomů mužských plevelů pro oba druhy byli vědci schopni tyto markery použít k vynulování v oblasti specifické pro muže. Nyní jsou v rozmezí 120 až 150 genů od nalezení svého cíle.
"Jsme přesvědčeni, že většina z těchto 120 genů pravděpodobně nic nedělá." Jsou to jen věci, které se hromadí v této oblasti genomu, “říká Tranel. "Kdybych měl hádat, řekl bych, že asi 10 z nich ve skutečnosti dělá něco důležitého."
Zúžení genů souvisejících s pohlavím u těchto plevelů by mohlo mít praktickou hodnotu pro kontrolu, ale studie také osvětluje fenomén dioecie - mužské a ženské pohlavní orgány u samostatných jedinců - obecněji. Drtivá většina zvířat je dvoudomá, ale v rostlinách je to vzácné. Více než 90% kvetoucích rostlin má oba pohlavní orgány na stejném jedinci a často ve stejné květině.
Waterhemp a Palmerův amarant jsou však dvoudomé.
Dioecie znamená, že je nemožné, aby rostlina sama opylovala; místo toho musí být samičí gamety oplodněny mužským pylem z jiné rostliny. To je dobrá věc pro zajištění genetické rozmanitosti v populaci. A je pravděpodobné, že to, díky čemu byla vodní hemp a palmerský amarant tak úspěšný při vyhýbání se škodlivým účinkům více herbicidů.
"K dnešnímu dni si vodní řepa a amarant palmerský vyvinuly rezistenci na herbicidy trvající sedm, respektive osm způsobů působení." Výsledkem dvoudomé reprodukce je, že všechny tyto rysy odporu jsou u jednotlivců smíchány a spárovány. Toto smíchání umožnilo populacím obou druhů kombinovat mnohonásobnou odolnost vůči herbicidům a ponechalo producentům několik málo účinných možností herbicidů, “říká Tranel.
Pochopení vzácného jevu dioecie v rostlinách může vědcům pomoci shromáždit, jak se vlastnosti dědí od každého rodiče, a porozumět tomu, jak se tento jev vyvíjí.
Na rozdíl od zvířat, u nichž se předpokládá, že se dioecie vyvinula jen jednou, se vědci domnívají, že dioecie v rostlinách se vyvinula mnohokrát. A podle Tranelovy studie se zdá, že se vyvinuli nezávisle na vodních řasách a amarantu palmerském, dvou velmi blízce příbuzných druzích.
"Nejsem připraven říci, že absolutně víme, že se vyvinuli samostatně, ale všechny informace, které jsme našli, tuto myšlenku podporují." Pouze dva ze 120-150 genů byly navzájem podobné napříč těmito dvěma druhy, “říká Tranel.
Jeden z těchto sdílených genů, Florigen, pomáhá rostlinám reagovat na délku dne zahájením kvetení. Tranel zatím neví, zda určuje pohlaví květů, ale zajímá ho, že se u obou druhů objevila v oblasti Y specifické pro muže.
"Nevíme to jistě, ale možná to souvisí s tím, že muži kvetou dříve než ženy." To by mohlo být pro muže výhodné, protože pak by vylučovali pyl, když by první ženy začaly být vnímavé. Takže pokud se ve skutečnosti Palmer a waterhemp skutečně vyvinuly dioecie samostatně, ale oba získali tento gen Florigen pro fitness výhodu, byl by to skvělý příklad paralelního vývoje. “
Tranel doufá, že u obou druhů ještě více zúží oblast Y specifickou pro muže, aby izolovala geny určující mužnost. Neexistuje žádná záruka, že bude vyvinuto řešení genetické kontroly, jakmile budou tyto geny identifikovány - Tranel by pro to pravděpodobně musel přilákat průmyslové partnery - ale mít takový nástroj není tak daleko, jak tomu bylo dříve.
Článek „Mužské specifické Y-chromozomální oblasti ve vodní lázni (Amaranthus tuberculatus) a amarant palmerský (Amaranthus palmeri), “Je zveřejněna v Nový fytolog [DOI: 10.1111 / nph.17108]. Mezi autory patří Jacob Montgomery, Darci Giacomini a Pat Tranel z University of Illinois a Detlef Weigel z Institutu Maxe Plancka pro vývojovou biologii. Projekt podpořila USDA Národní institut pro výživu a zemědělství a společnost Maxe Plancka.
Katedra rostlinných věd je v Vysoká škola zemědělských, spotřebitelských a environmentálních věd na Věda o plevelech v Illinois.