URBANA, Ill. - Oamenii de știință sunt din ce în ce mai aproape de găsirea genelor pentru bărbăție în cânepa de apă și în amarantul Palmer, două dintre cele mai supărătoare buruieni agricole din SUA
Găsirea genelor ar putea permite noi metode de „control genetic” pentru buruieni, care, în multe locuri, nu mai răspund la erbicide.
„Dacă am ști care gene controlează masculinitatea și am putea face ca aceste gene să prolifereze în populație, fiecare plantă din câmp ar fi un bărbat după câteva generații și, teoretic, populația s-ar prăbuși”, spune Pat Tranel, profesor și șef asociat în Departamentul de Științe ale Culturilor de la Universitatea din Illinois și autor principal la un studiu în Nou fitolog.
Tranel și colegii săi au identificat anterior markeri moleculari asociați cu regiunea genomică masculină. După secvențierea genomului buruienilor masculine pentru ambele specii, cercetătorii au reușit să utilizeze acești markeri la zero în regiunea specifică masculin. Acum, acestea se află în intervalul de 120 până la 150 de gene de a-și găsi ținta.
„Suntem siguri că majoritatea celor 120 de gene nu fac probabil nimic. Sunt doar lucruri acumulate în acea regiune a genomului ”, spune Tranel. „Dacă ar fi să ghicesc, aș spune că poate 10 dintre ei fac de fapt ceva relevant”.
Reducerea genelor legate de gen în aceste buruieni ar putea avea o valoare practică pentru control, dar studiul aruncă și lumină asupra fenomenului dioeciei - organele sexuale masculine și feminine asupra indivizilor separați - mai general. Marea majoritate a animalelor sunt dioice, dar este rară la plante. Mai mult de 90% din plantele cu flori au ambele organe sexuale pe același individ și adesea în aceeași floare.
Cu toate acestea, Waterhemp și Palmer Amaranth sunt dioice.
Dioezia înseamnă că este imposibil ca o plantă să se autopolenizeze; în schimb, gametele femele trebuie fertilizate de polenul mascul de la o altă plantă. Acesta este un lucru bun pentru asigurarea diversității genetice într-o populație. Și probabil este ceea ce a făcut ca cânepa de apă și amarul Palmer să aibă atât de mult succes în evitarea efectelor dăunătoare ale erbicidelor multiple.
„Până în prezent, cânepa de apă și amarantul Palmer au dezvoltat rezistență la erbicide care acoperă șapte și respectiv opt moduri de acțiune. Reproducerea dioică are ca rezultat amestecarea și potrivirea tuturor acestor trăsături de rezistență în cadrul indivizilor. Acest amestec a permis populațiilor ambelor specii să combine rezistențe multiple la erbicide, lăsând producătorilor puține alegeri eficiente de erbicid ”, spune Tranel.
Înțelegerea fenomenului rar al dioeciei din plante îi poate ajuta pe oamenii de știință să împărtășească modul în care trăsăturile sunt moștenite de la fiecare părinte și să înțeleagă cum evoluează fenomenul.
Spre deosebire de animale, în care se crede că dioecia a evoluat o singură dată, oamenii de știință cred că dioecia din plante a evoluat de mai multe ori. Și, conform studiului lui Tranel, se pare că a evoluat independent în cânepa de apă și în amarantul Palmer, două specii foarte apropiate.
„Nu sunt gata să spun că știm absolut că au evoluat separat, dar toate informațiile pe care le-am găsit susțin această idee. Doar două dintre cele 120-150 de gene au fost similare între ele în cele două specii ”, spune Tranel.
Una dintre aceste gene comune, Florigen, ajută plantele să răspundă la lungimea zilei prin inițierea înfloririi. Tranel nu știe încă dacă determină genul florilor, dar este intrigat de faptul că a apărut în regiunea Y specifică masculin pentru ambele specii.
„Nu știm sigur, dar poate că este vorba despre masculii care înfloresc mai devreme decât femelele. Acest lucru ar putea fi avantajos pentru bărbați, deoarece atunci ar arunca polen atunci când primele femele devin receptive. Deci, dacă, de fapt, Palmer și waterhemp au evoluat într-adevăr dioecie separat, dar ambii au dobândit această genă Florigen pentru un avantaj de fitness, ar fi un exemplu interesant de evoluție paralelă. ”
Tranel speră să restrângă regiunea Y specifică masculin la ambele specii și mai mult pentru a izola genele care determină masculinitatea. Nu există nicio garanție că o soluție de control genetic va fi dezvoltată odată ce aceste gene sunt identificate - Tranel ar trebui probabil să atragă parteneri din industrie pentru asta - dar a avea un astfel de instrument nu este la fel de departe ca odinioară.
Articolul, „Regiunile cromozomiale Y specifice bărbaților din cânepa de apă (Amaranthus tuberculatus) și Palmer amaranth (Amaranthus palmeri), ”Este publicat în Nou fitolog [DOI: 10.1111 / nph.17108]. Autorii includ Jacob Montgomery, Darci Giacomini și Pat Tranel de la Universitatea din Illinois și Detlef Weigel de la Max Planck Institute for Developmental Biology. Proiectul a fost susținut de USDA Institutul Național de Alimentație și Agricultură și Societatea Max Planck.
Departamentul de Științe ale Culturilor este în Colegiul de Științe Agricole, al Consumatorilor și al Mediului de la Știința buruienilor din Illinois.