Ang nangyayari sa ilalim ng lupa sa isang corn field ay madaling mapansin, ngunit ang arkitektura ng ugat ng mais ay maaaring gumanap ng isang mahalagang papel sa pagkuha ng tubig at nutrient, na nakakaapekto sa pagpapaubaya sa tagtuyot, kahusayan sa paggamit ng tubig, at pagpapanatili. Kung ang mga breeder ay maaaring hikayatin ang mga ugat ng mais na tumubo pababa sa mas matarik na anggulo, ang pananim ay posibleng ma-access ang mahahalagang mapagkukunan sa mas malalim na lupa.
Ang unang hakbang patungo sa layuning iyon ay ang pag-aaral ng mga gene na kasangkot sa gravitropism, ang paglaki ng ugat bilang tugon sa gravity. Sa isang bagong pag-aaral na inilathala sa Paglilitis ng National Academy of Sciences, mga siyentipiko ng University of Wisconsin, sa pakikipagtulungan ng mga mananaliksik sa University of Illinois. kilalanin ang apat na gayong mga gene sa mais at ang modelong halaman na Arabidopsis.
Kapag ang isang tumutubo na buto ay nakatagilid, ang ilang mga ugat ay gagawa ng biglaang, matarik na pagliko patungo sa gravity, habang ang iba ay nagiging isang fraction nang mas mabagal. Gumamit ang mga mananaliksik ng mga pamamaraan ng machine vision upang obserbahan ang mga banayad na pagkakaiba sa root gravitropism sa libu-libong mga seedling at pinagsama ang data na iyon sa genetic na impormasyon para sa bawat punla. Ang resulta ay na-map ang mga posibleng posisyon ng gravitropism genes sa genome.
Nakuha ng mapa ang mga mananaliksik sa tamang kapitbahayan sa genome - mga rehiyon ng ilang daang mga gene - ngunit malayo pa sila sa pagtukoy ng mga partikular na gene para sa gravitropism. Sa kabutihang palad, mayroon silang tool na makakatulong.
"Dahil dati naming ginawa ang parehong eksperimento sa malayong nauugnay na halamang Arabidopsis, nagawa naming tumugma sa mga gene sa loob ng mga nauugnay na rehiyon ng genome sa parehong species. Na-verify ng mga follow-up na pagsusuri ang pagkakakilanlan ng apat na gene na nagbabago ng root gravitropism. Ang bagong impormasyon ay maaaring makatulong sa amin na maunawaan kung paano hinuhubog ng gravity ang mga arkitektura ng root system, "sabi ni Edgar Spalding, propesor sa Kagawaran ng Botany sa Unibersidad ng Wisconsin at nangungunang may-akda ng pag-aaral.
Idinagdag ni Matt Hudson, propesor sa Department of Crop Sciences sa Unibersidad ng Illinois at kasamang may-akda sa pag-aaral, "Tiningnan namin ang isang hindi pa sinaliksik na katangian sa mais na mahalaga para sa maraming mga kadahilanan, lalo na sa konteksto ng pagbabago ng klima. . At ginawa namin ito sa pamamagitan ng paggawa ng mga pagkakaiba sa ebolusyon sa pagitan ng mga halaman na pabor sa amin.
Ang mais at Arabidopsis, isang maliit na kamag-anak ng mustasa na lubos na inilarawan ng mga biologist ng halaman, ay umunlad nang humigit-kumulang 150 milyong taon ang pagitan sa kasaysayan ng ebolusyon. Ipinaliwanag ni Hudson na kahit na ang parehong mga species ay nagbabahagi ng mga pangunahing pag-andar ng halaman, ang mga gene na kumokontrol sa kanila ay malamang na nagulo sa loob ng genome sa paglipas ng panahon. Iyan ay lumalabas na isang magandang bagay para sa pagpapaliit ng mga karaniwang gene.
Sa malapit na nauugnay na mga species, ang mga gene ay may posibilidad na pumila sa humigit-kumulang sa parehong pagkakasunud-sunod sa genome (hal., ABCDEF). Bagama't ang parehong mga gene ay maaaring umiiral sa malayong nauugnay na mga species, ang pagkakasunud-sunod ng mga gene sa rehiyon kung saan ang katangian ay nagmamapa (hal., UGRBZ). Matapos matukoy ng mga mananaliksik kung saan titingnan ang bawat genome, ang mga hindi tugmang pagkakasunud-sunod ng gene ay nagpalabas ng mga karaniwang gene (sa kasong ito B).
"Akala ko ito ay sobrang cool na maaari naming matukoy ang mga gene na hindi namin mahahanap kung hindi man sa pamamagitan lamang ng paghahambing ng mga genomic na pagitan sa hindi nauugnay na mga species ng halaman," sabi ni Hudson. "Kami ay medyo kumpiyansa na sila ang mga tamang gene nang lumabas sila mula sa pagsusuri na ito, ngunit ang grupo ni Spalding ay gumugol ng pito o walong higit pang mga taon sa pagkuha ng solidong biological data upang i-verify na sila, sa katunayan, ay gumaganap ng isang papel sa gravitropism. Nang magawa iyon, sa palagay ko na-validate namin ang buong diskarte upang sa hinaharap, maaari mong gamitin ang pamamaraang ito para sa maraming iba't ibang mga phenotypes.
Sinabi ni Spalding na malamang na matagumpay ang pamamaraan dahil ang mga tumpak na sukat ay ginawa sa isang karaniwang kapaligiran.
"Kadalasan, susukatin ng mga mananaliksik ng mais ang kanilang mga katangian ng interes sa isang larangan, samantalang ang mga mananaliksik ng Arabidopsis ay may posibilidad na itaas ang kanilang mga halaman sa mga silid ng paglago," sabi niya. "Sinukat namin ang root gravitropism phenotype sa isang lubos na kinokontrol na paraan. Ang mga butong ito ay lumaki sa isang petri plate, at ang pagsusuri ay tumagal lamang ng ilang oras, kumpara sa mga katangiang maaari mong sukatin sa totoong mundo na bukas sa lahat ng uri ng mga pagkakaiba-iba.
Kahit na ang mga katangian ay maaaring masukat sa isang karaniwang kapaligiran, hindi lahat ng mga katangian ay gumagawa ng mahusay na mga kandidato para sa pamamaraang ito. Binibigyang-diin ng mga mananaliksik na ang mga katangiang pinag-uusapan ay dapat na mahalaga sa pangunahing pag-andar ng halaman, na tinitiyak na ang parehong mga sinaunang gene ay umiiral sa hindi nauugnay na mga species.
"Ang gravitropism ay maaaring lalong madaling pag-aralan sa pamamagitan ng diskarteng ito dahil ito ay magiging susi sa orihinal na espesyalisasyon ng mga shoots at mga ugat pagkatapos ng matagumpay na kolonisasyon ng lupain," sabi ni Spalding.
Sinabi ni Hudson na ang gravitropism ay magiging susi sa kolonisasyon ng ibang tanawin, pati na rin.
"Interesado ang NASA sa pagtatanim ng mga pananim sa ibang mga planeta o sa kalawakan at kailangan nilang malaman kung ano ang kailangan mong i-breed para magawa iyon," sabi niya. "Ang mga halaman ay medyo discombobulated nang walang gravity."
Ang artikulo, "Ang paggamit ng orthology sa loob ng mais at Arabidopsis QTL upang makilala ang mga gene na nakakaapekto sa natural na pagkakaiba-iba sa gravitropism," ay inilathala sa Paglilitis ng National Academy of Sciences [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Ang pananaliksik ay pinondohan ng National Science Foundation.
Ang Department of Crop Sciences ay nasa College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences sa University of Illinois Urbana-Champaign.
Isang mapagkukunan: https://www.sciencedaily.com