Оно што се дешава испод земље у пољу кукуруза је лако превидети, али архитектура корена кукуруза може играти важну улогу у стицању воде и хранљивих материја, утичући на толеранцију на сушу, ефикасност коришћења воде и одрживост. Ако би узгајивачи могли да подстакну корење кукуруза да расте под стрмијим углом, усев би потенцијално могао да приступи важним ресурсима дубље у земљишту.
Први корак ка том циљу је учење гена укључених у гравитропизам, раст корена као одговор на гравитацију. У новој студији објављеној у Зборник Националне академије наука, научници Универзитета Висконсин, у сарадњи са истраживачима са Универзитета Илиноис. идентификују четири таква гена у кукурузу и моделној биљци Арабидопсис.
Када се клијало семе окрене на страну, неки корени се нагло, стрмо окрећу према гравитацији, док се други окрећу дјелић спорије. Истраживачи су користили методе машинског вида да би уочили суптилне разлике у гравитропизму корена у хиљадама садница и комбиновали те податке са генетским информацијама за сваку садницу. Резултат је мапирао вероватне позиције гена гравитропизма у геному.
Мапа је довела истраживаче до правог суседства у геному - региона од неколико стотина гена - али су још увек били далеко од идентификације специфичних гена за гравитропизам. На срећу, имали су алат који би могао да помогне.
„Пошто смо претходно извели исти експеримент са удаљеном биљком Арабидопсис, успели смо да ускладимо гене унутар релевантних региона генома обе врсте. Наредни тестови су потврдили идентитет четири гена који модификују коренов гравитропизам. Нове информације би нам могле помоћи да разумемо како гравитација обликује архитектуру коренског система“, каже Едгар Спалдинг, професор на Одсеку за ботанику на Универзитету у Висконсину и главни аутор студије.
Матт Худсон, професор на Одсјеку за науке о усјевима на Универзитету у Илиноису и коаутор студије, додаје: „Разматрали смо недовољно истражену особину кукуруза која је важна из више разлога, посебно у контексту климатских промјена . И ми смо то урадили тако што смо учинили да еволуционе разлике између биљака раде у нашу корист."
Кукуруз и Арабидопсис, мали сродник сенфа који су исцрпно описали биљни биолози, еволуирали су у размаку од око 150 милиона година у еволуционој историји. Хадсон објашњава да иако обе врсте деле основне биљне функције, гени који их контролишу вероватно су током времена помешани у геному. Испоставило се да је то добра ствар за сужавање уобичајених гена.
Код блиско сродних врста, гени имају тенденцију да се поредају у приближно истом редоследу у геному (нпр. АБЦДЕФ). Иако исти гени могу постојати у удаљено сродним врстама, редослед гена у региону у који се мапира особина се не поклапа (нпр. УГРБЗ). Након што су истраживачи идентификовали где да траже у сваком геному, иначе неусклађене секвенце гена су учиниле да заједнички гени (у овом случају Б) искачу.
„Мислио сам да је супер што можемо да идентификујемо гене које иначе не бисмо пронашли само упоређивањем геномских интервала у неповезаним биљним врстама“, каже Хадсон. „Били смо прилично уверени да су то прави гени када су изашли из ове анализе, али Спалдингова група је потом провела још седам или осам година прикупљајући чврсте биолошке податке да би потврдила да они заиста играју улогу у гравитропизму. Након што смо то урадили, мислим да смо потврдили цео приступ тако да у будућности можете користити ову методу за много различитих фенотипова.
Спалдинг примећује да је метода вероватно била посебно успешна јер су прецизна мерења вршена у уобичајеном окружењу.
„Често ће истраживачи кукуруза мерити своје интересне особине на пољу, док истраживачи Арабидопсиса имају тенденцију да узгајају своје биљке у коморама за раст“, каже он. „Измерили смо фенотип коренског гравитропизма на веома контролисан начин. Ово семе је узгајано на Петријевој плочи, а тест је трајао само неколико сати, за разлику од особина које можете мерити у стварном свету и које су отворене за све врсте варијабилности.
Чак и када се особине могу мерити у заједничком окружењу, нису све особине добри кандидати за овај метод. Истраживачи наглашавају да би особине о којима је реч требало да буду фундаменталне за основну функцију биљака, обезбеђујући да исти древни гени постоје у неповезаним врстама.
„Гравитропизам би могао бити посебно погодан за проучавање кроз овај приступ јер би био кључан за првобитну специјализацију изданака и корена након успешне колонизације земље“, каже Спалдинг.
Хадсон напомиње да ће гравитропизам бити кључан и за колонизацију другачијег пејзажа.
„НАСА је заинтересована за узгој усева на другим планетама или у свемиру и морају да знају за шта бисте морали да се узгајате да бисте то урадили“, каже он. "Биљке су прилично раскомобулиране без гравитације."
Чланак „Употреба ортологије унутар кукуруза и Арабидопсис КТЛ за идентификацију гена који утичу на природне варијације у гравитропизму“ објављен је у Зборник Националне академије наука [ДОИ: 10.1073/пнас.2212199119]. Истраживање је финансирала Национална научна фондација.
Одељење за науке о усеву је на Колеџу за пољопривредне, потрошачке и науке о животној средини на Универзитету Илиноис Урбана-Шампејн.
Извор: https://www.sciencedaily.com