Ceea ce se întâmplă sub pământ într-un câmp de porumb este ușor de trecut cu vederea, dar arhitectura rădăcinii de porumb poate juca un rol important în achiziția de apă și nutrienți, afectând toleranța la secetă, eficiența utilizării apei și durabilitatea. Dacă crescătorii ar putea încuraja rădăcinile de porumb să crească într-un unghi mai abrupt, cultura ar putea accesa resurse importante mai adânc în sol.
Un prim pas spre acest obiectiv este învățarea genelor implicate în gravitropism, creșterea rădăcinilor ca răspuns la gravitație. Într-un nou studiu publicat în Proceedings al Academiei Nationale de Stiinte, oameni de știință de la Universitatea din Wisconsin, în colaborare cu cercetătorii de la Universitatea din Illinois. identifica patru astfel de gene la porumb și planta model Arabidopsis.
Când o sămânță în germinare este întoarsă pe o parte, unele rădăcini fac o întoarcere bruscă și abruptă către gravitație, în timp ce altele se întorc o fracțiune mai încet. Cercetătorii au folosit metode de viziune artificială pentru a observa diferențe subtile în gravitropismul rădăcinilor la mii de puieți și au combinat aceste date cu informații genetice pentru fiecare răsad. Rezultatul a cartografiat pozițiile probabile ale genelor gravitropismului în genom.
Harta i-a dus pe cercetători în vecinătatea potrivită a genomului - regiuni de câteva sute de gene - dar erau încă departe de a identifica gene specifice pentru gravitropism. Din fericire, au avut un instrument care ar putea ajuta.
„Deoarece am efectuat anterior același experiment cu planta Arabidopsis înrudită la distanță, am reușit să potrivim genele în regiunile relevante ale genomului la ambele specii. Testele de urmărire au verificat identitatea a patru gene care modifică gravitropismul radicular. Noile informații ne-ar putea ajuta să înțelegem modul în care gravitația modelează arhitecturile sistemului radicular”, spune Edgar Spalding, profesor la Departamentul de Botanică de la Universitatea din Wisconsin și autorul principal al studiului.
Matt Hudson, profesor la Departamentul de științe a culturilor de la Universitatea din Illinois și coautor al studiului, adaugă: „Ne-am uitat la o trăsătură insuficient cercetată a porumbului care este importantă din mai multe motive, în special în contextul schimbărilor climatice. . Și am făcut-o făcând diferențele evolutive dintre plante să lucreze în favoarea noastră.”
Porumbul și Arabidopsis, o rudă mică de muștar descrisă exhaustiv de biologii vegetali, au evoluat la aproximativ 150 de milioane de ani una de cealaltă în istoria evoluției. Hudson explică că, deși ambele specii împărtășesc funcțiile de bază ale plantelor, genele care le controlează au fost probabil amestecate în genom de-a lungul timpului. Acesta se dovedește a fi un lucru bun pentru restrângerea genelor comune.
La speciile strâns înrudite, genele tind să se alinieze aproximativ în aceeași ordine în genom (de exemplu, ABCDEF). Deși aceleași gene ar putea exista în speciile înrudite la distanță, ordinea genelor din regiunea în care se afișează trăsăturile nu se potrivește (de exemplu, UGRBZ). După ce cercetătorii au identificat unde să caute în fiecare genom, secvențele de gene nepotrivite altfel au făcut ca genele comune (în acest caz B) să apară.
„M-am gândit că a fost super cool să putem identifica gene pe care nu le-am fi găsit altfel doar comparând intervalele genomice la specii de plante neînrudite”, spune Hudson. „Am fost destul de încrezători că erau genele potrivite când au ieșit din această analiză, dar grupul lui Spalding a petrecut apoi încă șapte sau opt ani pentru a obține date biologice solide pentru a verifica că, într-adevăr, joacă un rol în gravitropism. După ce am făcut asta, cred că am validat întreaga abordare, astfel încât, în viitor, puteți utiliza această metodă pentru multe fenotipuri diferite.”
Spalding observă că metoda a avut probabil un succes deosebit, deoarece măsurătorile precise au fost făcute într-un mediu comun.
„Adesea, cercetătorii din porumb își vor măsura trăsăturile de interes într-un domeniu, în timp ce cercetătorii Arabidopsis tind să-și crească plantele în camere de creștere”, spune el. „Am măsurat fenotipul gravitropismului rădăcină într-un mod extrem de controlat. Aceste semințe au fost cultivate pe o placă Petri, iar testul a durat doar câteva ore, spre deosebire de trăsăturile pe care le-ați putea măsura în lumea reală, care sunt deschise la tot felul de variabilitate.”
Chiar și atunci când trăsăturile pot fi măsurate într-un mediu comun, nu toate trăsăturile sunt candidați buni pentru această metodă. Cercetătorii subliniază că trăsăturile în cauză ar trebui să fie fundamentale pentru funcția de bază a plantelor, asigurându-se că aceleași gene antice există la speciile neînrudite.
„Gravitropismul poate fi studiat în special prin această abordare, deoarece ar fi fost cheia specializării originale a lăstarilor și rădăcinilor după colonizarea cu succes a pământului”, spune Spalding.
Hudson notează că gravitropismul va fi, de asemenea, cheia colonizării unui peisaj diferit.
„NASA este interesată să cultive culturi pe alte planete sau în spațiu și trebuie să știe pentru ce ar trebui să crești pentru a face asta”, spune el. „Plantele sunt destul de dezordonate fără gravitație.”
Articolul, „Leveraging orthology within maze and Arabidopsis QTL to identifica gene care affect natural variation in gravitropism”, este publicat în revista Proceedings al Academiei Nationale de Stiinte [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Cercetarea a fost finanțată de Fundația Națională pentru Știință.
Departamentul de științe a culturilor se află la Colegiul de Științe Agricole, de Consum și de Mediu de la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign.
O sursă: https://www.sciencedaily.com