Könnyű figyelmen kívül hagyni, hogy mi történik a föld alatt egy kukoricatáblán, de a kukorica gyökér architektúrája fontos szerepet játszhat a víz- és tápanyagfelvételben, befolyásolva a szárazságtűrést, a vízfelhasználás hatékonyságát és a fenntarthatóságot. Ha a nemesítők arra ösztönöznék a kukorica gyökereit, hogy meredekebb szögben nőjenek lefelé, a növény potenciálisan fontos erőforrásokhoz juthatna mélyebben a talajban.
Az első lépés e cél felé a gravitropizmusban szerepet játszó gének megismerése, a gyökérnövekedés a gravitáció hatására. Egy új tanulmányban, amelyet a Proceedings of the National Academy of Sciences, a Wisconsini Egyetem tudósai az Illinoisi Egyetem kutatóival együttműködve. négy ilyen gén azonosítása kukoricában és az Arabidopsis modellnövényben.
Amikor egy csírázó magot az oldalára fordítanak, egyes gyökerek hirtelen, meredek fordulatot hajtanak végre a gravitáció felé, míg mások egy töredékével lassabban fordulnak. A kutatók gépi látásmódszereket alkalmaztak a gyökér gravitropizmusának finom különbségeinek megfigyelésére több ezer palánta esetében, és ezeket az adatokat egyesítették az egyes palánták genetikai információival. Az eredmény feltérképezte a gravitropizmus gének valószínű elhelyezkedését a genomban.
A térkép segítségével a kutatók a genom megfelelő szomszédságába kerültek – néhány száz génből álló régiókba –, de még mindig messze voltak attól, hogy azonosítsák a gravitropizmus specifikus génjeit. Szerencsére volt egy eszközük, ami segíthetett.
„Mivel korábban ugyanazt a kísérletet végeztük el a távoli rokon Arabidopsis növénnyel, mindkét fajnál sikerült a genom megfelelő régióiban találkozni a génekkel. A nyomon követési tesztek négy gén azonosságát igazolták, amelyek módosítják a gyökér gravitropizmusát. Az új információk segíthetnek megérteni, hogy a gravitáció hogyan alakítja a gyökérrendszer-architektúrát” – mondja Edgar Spalding, a Wisconsini Egyetem botanikai tanszékének professzora és a tanulmány vezető szerzője.
Matt Hudson, az Illinoisi Egyetem Növénytudományi Tanszékének professzora és a tanulmány társszerzője hozzáteszi: „A kukorica egy alulkutatott tulajdonságát vizsgáltuk, amely számos okból fontos, különösen az éghajlatváltozással összefüggésben. . És ezt úgy tettük, hogy a növények közötti evolúciós különbségeket a javunkra váltottuk.”
A kukorica és az Arabidopsis, egy kis mustárrokon, amelyet növénybiológusok részletesen leírtak, körülbelül 150 millió év különbséggel fejlődtek ki az evolúció történetében. Hudson elmagyarázza, hogy bár mindkét fajnak megosztják az alapvető növényi funkciókat, az őket irányító gének valószínűleg idővel összekeveredtek a genomban. Ez jó dolog a közös gének leszűkítésére.
A közeli rokon fajokban a gének megközelítőleg ugyanabban a sorrendben helyezkednek el a genomban (pl. ABCDEF). Bár ugyanazok a gének létezhetnek távoli rokon fajokban is, a gének sorrendje abban a régióban, amelyre a tulajdonság leképez, nem egyezik (pl. UGRBZ). Miután a kutatók meghatározták, hol kell keresni az egyes genomokat, az egyébként nem egyező génszekvenciák miatt a közös gének (jelen esetben B) kiugrottak.
„Úgy gondoltam, szuper jó, hogy olyan géneket azonosíthatunk, amelyeket egyébként nem találtunk volna meg, pusztán a nem rokon növényfajok genomiális intervallumainak összehasonlításával” – mondja Hudson. „Meglehetősen biztosak voltunk abban, hogy ők a megfelelő gének, amikor rögtön kikerültek ebből az elemzésből, de Spalding csoportja ezután még hét-nyolc évet töltött azzal, hogy szilárd biológiai adatokat szerezzen be annak igazolására, hogy valóban szerepet játszanak a gravitropizmusban. Miután ezt megtettük, úgy gondolom, hogy az egész megközelítést érvényesítettük, így a jövőben sok különböző fenotípus esetén használhatja ezt a módszert.”
Spalding megjegyzi, hogy a módszer valószínűleg különösen sikeres volt, mert a pontos méréseket közös környezetben végezték.
„A kukoricakutatók gyakran egy adott területen mérik fel érdeklődésüket, míg az Arabidopsis-kutatók hajlamosak a növényeiket növekedési kamrákban nevelni” – mondja. „A gyökér gravitropizmus fenotípusát erősen ellenőrzött módon mértük. Ezeket a magokat Petri-tányéron nevelték, és a vizsgálat mindössze órákig tartott, szemben a való világban mérhető tulajdonságokkal, amelyek nyitottak mindenféle változatosságra.”
Még ha a tulajdonságok közös környezetben is mérhetők, nem minden tulajdonság alkalmas erre a módszerre. A kutatók hangsúlyozzák, hogy a szóban forgó tulajdonságoknak alapvetőnek kell lenniük az alapvető növényi működéshez, biztosítva, hogy ugyanazok az ősi gének létezzenek a nem rokon fajokban is.
„A gravitropizmus különösen alkalmas lehet ennek a megközelítésnek a vizsgálatára, mert kulcsfontosságú lett volna a hajtások és gyökerek eredeti specializálódásában a föld sikeres kolonizálása után” – mondja Spalding.
Hudson megjegyzi, hogy a gravitropizmus kulcsfontosságú lesz egy másik táj gyarmatosításában is.
„A NASA-t érdekli a növények más bolygókon vagy az űrben történő termesztése, és tudniuk kell, hogy ehhez mit kell tenyészteni” – mondja. "A növények gravitáció nélkül eléggé összeomlanak."
A cikk a „Leveraging orthology within maize and Arabidopsis QTL a gravitropizmus természetes variációit befolyásoló gének azonosítására” című cikk a Proceedings of the National Academy of Sciences [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. A kutatást a Nemzeti Tudományos Alapítvány finanszírozta.
A Növénytudományi Tanszék az Illinois Urbana-Champaign Egyetem Mezőgazdasági, Fogyasztóvédelmi és Környezettudományi Főiskoláján található.
Egy forrás: https://www.sciencedaily.com