Maisipõllul maa all toimuvat on lihtne kahe silma vahele jätta, kuid maisijuure arhitektuur võib mängida olulist rolli vee ja toitainete omandamises, mõjutades põuataluvust, veekasutuse tõhusust ja jätkusuutlikkust. Kui aretajad saaksid julgustada maisijuuri järsema nurga all alla kasvama, pääseks kultuur potentsiaalselt ligi olulistele ressurssidele sügavamal pinnases.
Esimene samm selle eesmärgi poole on gravitropismiga seotud geenide õppimine, juurte kasv vastusena gravitatsioonile. Uues uuringus, mis avaldati Proceedings of the National Academy of Sciences, Wisconsini ülikooli teadlased koostöös Illinoisi ülikooli teadlastega. tuvastada neli sellist geeni maisis ja mudeltaimes Arabidopsis.
Kui idanev seeme külili pöörata, teevad mõned juured järsu järsu pöörde gravitatsiooni poole, teised aga murdosa aeglasemalt. Teadlased kasutasid masinnägemismeetodeid, et jälgida tuhandete seemikute juurte gravitropismi peeneid erinevusi ja kombineerisid need andmed iga seemiku geneetilise teabega. Tulemus kaardistas gravitropismi geenide tõenäolised asukohad genoomis.
Kaart viis teadlased genoomis õigesse naabruskonda - mõnesaja geeniga piirkondadesse -, kuid nad olid gravitropismi spetsiifiliste geenide tuvastamisest veel kaugel. Õnneks oli neil tööriist, mis võis aidata.
"Kuna olime varem teinud sama katse kaugelt suguluses oleva Arabidopsise taimega, suutsime mõlema liigi genoomi vastavates piirkondades geene sobitada. Järelkontrolli testid kinnitasid nelja geeni identiteeti, mis modifitseerivad juurte gravitropismi. Uus teave võib aidata meil mõista, kuidas gravitatsioon kujundab juursüsteemi arhitektuure, ”ütleb Edgar Spalding, Wisconsini ülikooli botaanika osakonna professor ja uuringu juhtiv autor.
Matt Hudson, Illinoisi ülikooli põllukultuuride osakonna professor ja uuringu kaasautor, lisab: "Me vaatasime maisis vähe uuritud tunnust, mis on oluline mitmel põhjusel, eriti kliimamuutuste kontekstis. . Ja me tegime seda, pannes taimede evolutsioonilised erinevused enda kasuks tööle.
Mais ja Arabidopsis, väike sinepisugulane, mida taimebioloogid on põhjalikult kirjeldanud, arenesid evolutsiooniajaloos umbes 150 miljoni aastase vahega. Hudson selgitab, et kuigi mõlemal liigil on taime põhifunktsioonid, on neid kontrollivad geenid tõenäoliselt aja jooksul genoomis segamini läinud. See on tavaliste geenide kitsendamiseks hea asi.
Lähedaselt seotud liikide puhul kipuvad geenid genoomis asetsema ligikaudu samas järjekorras (nt ABCDEF). Kuigi samad geenid võivad eksisteerida ka kaugelt suguluses olevatel liikidel, ei ühti geenide järjekord piirkonnas, millele tunnus kaardistatakse (nt UGRBZ). Pärast seda, kui teadlased tuvastasid, kust igas genoomis otsida, muutsid muidu mittevastavad geenijärjestused tavalised geenid (antud juhul B) välja.
"Ma arvasin, et on ülilahe, et saame tuvastada geene, mida me muidu poleks leidnud, lihtsalt võrreldes sõltumatute taimeliikide genoomseid intervalle," ütleb Hudson. "Olime üsna kindlad, et need on õiged geenid, kui nad sellest analüüsist välja tulid, kuid Spaldingi rühm kulutas seejärel veel seitse või kaheksa aastat, et hankida kindlaid bioloogilisi andmeid, et kontrollida, kas nad tõepoolest mängivad gravitropismis rolli. Pärast seda arvan, et oleme kogu lähenemisviisi kinnitanud nii, et tulevikus saaksite seda meetodit kasutada paljude erinevate fenotüüpide jaoks.
Spalding märgib, et meetod oli tõenäoliselt eriti edukas, kuna täpsed mõõtmised tehti ühises keskkonnas.
"Sageli mõõdavad maisiuurijad oma huvipakkuvaid tunnuseid põllul, samas kui Arabidopsise teadlased kipuvad oma taimi kasvatama kasvukambrites," ütleb ta. "Mõõtsime juurgravitropismi fenotüüpi väga kontrollitud viisil. Neid seemneid kasvatati Petri plaadil ja analüüs kestis vaid tunde, erinevalt tunnustest, mida võiksite reaalses maailmas mõõta ja mis on avatud igasugustele varieeruvustele.
Isegi kui tunnuseid saab mõõta ühises keskkonnas, ei ole kõik tunnused selle meetodi jaoks head kandidaadid. Uurijad rõhutavad, et kõnealused tunnused peaksid olema taimede põhifunktsiooni jaoks olulised, tagades samade iidsete geenide olemasolu ka sõltumatutel liikidel.
"Gravitropismi võib selle lähenemisviisi kaudu eriti hästi uurida, kuna see oleks olnud pärast maa edukat koloniseerimist võrsete ja juurte esialgse spetsialiseerumise võtmeks, " ütleb Spalding.
Hudson märgib, et gravitropism on võtmeks ka erineva maastiku koloniseerimiseks.
"NASA on huvitatud põllukultuuride kasvatamisest teistel planeetidel või kosmoses ja nad peavad teadma, milleks peate selleks aretama," ütleb ta. "Taimed on ilma gravitatsioonita üsna segased."
Artikkel "Maisi ja Arabidopsise QTL-i ortoloogia võimendamine gravitropismi loomulikku varieerumist mõjutavate geenide tuvastamiseks" avaldati ajakirjas. Proceedings of the National Academy of Sciences [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Uuringut rahastas National Science Foundation.
Põllumajandusteaduste osakond asub Illinoisi Urbana-Champaigni ülikooli põllumajandus-, tarbija- ja keskkonnateaduste kolledžis.
Allikas: https://www.sciencedaily.com