Това, което се случва под земята в царевично поле, е лесно да се пренебрегне, но архитектурата на царевичния корен може да играе важна роля в набавянето на вода и хранителни вещества, засягайки толерантността към суша, ефективността на използване на водата и устойчивостта. Ако животновъдите успеят да насърчат корените на царевицата да растат надолу под по-стръмен ъгъл, реколтата може потенциално да има достъп до важни ресурси по-дълбоко в почвата.
Първата стъпка към тази цел е изучаването на гените, участващи в гравитропизма, растежа на корените в отговор на гравитацията. В ново проучване, публикувано в Производството на Националната академия на науките, учени от Университета на Уисконсин, в сътрудничество с изследователи от Университета на Илинойс. идентифицират четири такива гена в царевицата и моделното растение Arabidopsis.
Когато покълналото семе се обърне настрани, някои корени правят внезапен, стръмен завой към гравитацията, докато други се обръщат малко по-бавно. Изследователите са използвали методи за машинно зрение, за да наблюдават фините разлики в гравитропизма на корените в хиляди разсад и са комбинирали тези данни с генетична информация за всеки разсад. Резултатът картографира вероятните позиции на гените за гравитропизъм в генома.
Картата отведе изследователите до правилния квартал в генома - региони от няколкостотин гени - но те все още бяха далеч от идентифицирането на специфични гени за гравитропизъм. За щастие имаха инструмент, който можеше да помогне.
„Тъй като преди това бяхме извършили същия експеримент с далечно родственото растение Arabidopsis, успяхме да съпоставим гени в съответните региони на генома и на двата вида. Последващите тестове потвърдиха идентичността на четири гена, които модифицират гравитропизма на корена. Новата информация може да ни помогне да разберем как гравитацията оформя архитектурите на кореновата система“, казва Едгар Спалдинг, професор в катедрата по ботаника в Университета на Уисконсин и водещ автор на изследването.
Мат Хъдсън, професор в Департамента по културни науки в Университета на Илинойс и съавтор на изследването, добавя: „Разгледахме недостатъчно проучена характеристика на царевицата, която е важна по редица причини, особено в контекста на изменението на климата . И ние го направихме, като накарахме еволюционните различия между растенията да работят в наша полза.
Царевицата и Arabidopsis, малък роднина на горчица, изчерпателно описан от растителни биолози, са еволюирали на около 150 милиона години една от друга в еволюционната история. Хъдсън обяснява, че въпреки че и двата вида споделят основни растителни функции, гените, които ги контролират, вероятно са били объркани в генома с течение на времето. Това се оказва добро нещо за стесняване на общите гени.
При тясно свързани видове гените са склонни да се подреждат в приблизително същия ред в генома (напр. ABCDEF). Въпреки че едни и същи гени може да съществуват в далечно свързани видове, редът на гените в региона, към който чертата се картографира, не съвпада (напр. UGRBZ). След като изследователите идентифицираха къде да търсят във всеки геном, иначе несъответстващите генни последователности накараха общите гени (в този случай B) да изскочат.
„Мислех, че е страхотно, че можем да идентифицираме гени, които иначе не бихме намерили, само чрез сравняване на геномни интервали в несвързани растителни видове“, казва Хъдсън. „Бяхме доста уверени, че това са правилните гени, когато изскочиха направо от този анализ, но групата на Спалдинг след това прекара още седем или осем години в получаване на солидни биологични данни, за да потвърди, че те наистина играят роля в гравитропизма. След като направихме това, мисля, че утвърдихме целия подход, така че в бъдеще можете да използвате този метод за много различни фенотипове.
Спалдинг отбелязва, че методът вероятно е бил особено успешен, тъй като са направени прецизни измервания в обща среда.
„Често изследователите на царевицата ще измерват своите интересни характеристики в дадено поле, докато изследователите на Arabidopsis са склонни да отглеждат растенията си в камери за растеж“, казва той. „Измерихме фенотипа на коренния гравитропизъм по силно контролиран начин. Тези семена бяха отгледани на петриево блюдо и анализът продължи само часове, за разлика от характеристиките, които можете да измерите в реалния свят, които са отворени за всякакви вариации.
Дори когато чертите могат да бъдат измерени в обща среда, не всички черти са добри кандидати за този метод. Изследователите подчертават, че въпросните черти трябва да са основни за основната функция на растенията, като се гарантира, че същите древни гени съществуват в несвързани видове.
„Гравитропизмът може да бъде особено податлив за изучаване чрез този подход, защото би бил ключ към първоначалната специализация на издънки и корени след успешната колонизация на земята“, казва Спалдинг.
Хъдсън отбелязва, че гравитропизмът ще бъде от ключово значение и за колонизирането на различен ландшафт.
„НАСА се интересува от отглеждане на култури на други планети или в космоса и те трябва да знаят за какво ще трябва да се размножавате, за да направите това“, казва той. „Растенията са доста объркани без гравитация.“
Статията „Използване на ортологията в QTL на царевицата и Arabidopsis за идентифициране на гени, засягащи естествената вариация в гравитропизма“, е публикувана в Производството на Националната академия на науките [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Изследването е финансирано от Националната научна фондация.
Катедрата по културни науки е в Колежа по селскостопански, потребителски и екологични науки към Университета на Илинойс Урбана-Шампейн.
Източник: https://www.sciencedaily.com