URBANA, Ill. - Para saintis semakin hampir untuk mencari gen kelucuan di rami air dan Palmer amaranth, dua daripada rumpai pertanian yang paling menyusahkan di AS
Mencari gen boleh memungkinkan kaedah "kawalan genetik" baru untuk rumpai, yang, di banyak tempat, tidak lagi bertindak balas terhadap racun rumpai.
"Sekiranya kita tahu gen mana yang mengendalikan kelucuan dan kita dapat membuat gen tersebut berkembang biak dalam populasi, setiap tanaman di ladang akan menjadi jantan setelah beberapa generasi, dan secara teorinya, populasi akan terhempas," kata Pat Tranel, profesor dan ketua di dalam Jabatan Sains Tanaman pada University of Illinois dan pengarang utama kajian di Ahli Phytologikal Baru.
Tranel dan rakannya sebelum ini mengenal pasti penanda molekul yang berkaitan dengan kawasan genom lelaki. Selepas penjujukan genom rumpai lelaki bagi kedua-dua spesies tersebut, para penyelidik dapat menggunakan penanda tersebut untuk mencapai titik sifar di kawasan khusus lelaki. Sekarang, mereka berada dalam 120 hingga 150 gen untuk mencari sasarannya.
"Kami yakin kebanyakan daripada 120 gen itu mungkin tidak melakukan apa-apa. Ini hanya barang yang terkumpul di kawasan genom, ”kata Tranel. "Sekiranya saya harus meneka, saya akan mengatakan mungkin 10 dari mereka sebenarnya melakukan sesuatu yang relevan."
Menyempitkan gen yang berkaitan dengan jantina di rumpai ini mungkin mempunyai nilai praktikal untuk kawalan, tetapi kajian ini juga menjelaskan fenomena keganasan - organ seksual lelaki dan wanita pada individu yang terpisah - lebih umum. Sebilangan besar haiwan mempunyai keuskupan, tetapi jarang terdapat pada tumbuhan. Lebih daripada 90% tumbuhan berbunga mempunyai kedua-dua organ seksual pada individu yang sama, dan selalunya dalam bunga yang sama.
Waterhemp dan Palmer amaranth, bagaimanapun, dioecious.
Dioecy bermaksud mustahil tanaman dapat melakukan pendebungaan sendiri; sebaliknya, gamet betina mesti disenyawakan oleh debunga lelaki dari tanaman lain. Itu adalah kebaikan untuk memastikan kepelbagaian genetik dalam populasi. Dan kemungkinan inilah yang menjadikan rempah air dan amaranth Palmer begitu berjaya menghindari kesan buruk dari pelbagai racun herba.
“Sehingga kini, rami air dan Palmer amaranth telah mengembangkan ketahanan terhadap racun herba yang masing-masing merangkumi tujuh dan lapan cara tindakan. Pembiakan dioecious mengakibatkan semua sifat ketahanan ini dicampur dan dipadankan dalam diri individu. Pencampuran ini telah memungkinkan populasi kedua-dua spesies untuk menggabungkan beberapa ketahanan herbisida, menjadikan pengeluar dengan beberapa pilihan herbisida yang berkesan, ”kata Tranel.
Memahami fenomena keganasan yang jarang berlaku pada tumbuhan dapat membantu para saintis mengumpulkan bagaimana sifat diwarisi dari setiap ibu bapa, dan untuk memahami bagaimana fenomena itu berkembang.
Tidak seperti pada haiwan, di mana dioecy dianggap berkembang hanya sekali, saintis percaya dioecy pada tumbuhan telah berkembang berkali-kali. Dan, menurut kajian Tranel, tampaknya telah berkembang secara mandiri di rawa air dan Palmer amaranth, dua spesies yang sangat berkait rapat.
"Saya tidak bersedia untuk mengatakan bahawa kami benar-benar tahu bahawa mereka berkembang secara berasingan, tetapi semua maklumat yang kami dapati menyokong idea itu. Hanya dua daripada 120-150 gen yang serupa antara satu sama lain di kedua-dua spesies, ”kata Tranel.
Salah satu gen yang dikongsi bersama, Florigen, membantu tumbuh-tumbuhan merespon sepanjang hari dengan memulakan berbunga. Tranel belum tahu sama ada ia menentukan jantina bunga, tetapi dia tertarik bahawa ia muncul di wilayah Y khusus lelaki untuk kedua-dua spesies.
"Kami tidak tahu pasti, tetapi mungkin ia melibatkan lelaki yang berbunga lebih awal daripada wanita. Itu boleh menguntungkan lelaki kerana ketika itu mereka akan menumpahkan serbuk sari ketika wanita pertama menjadi senang. Jadi jika, sebenarnya, Palmer dan waterhemp benar-benar mengembangkan dioecy secara berasingan, tetapi keduanya memperoleh gen Florigen ini untuk kelebihan kecergasan, itu akan menjadi contoh evolusi selari yang hebat. "
Tranel berharap dapat merapatkan kawasan Y khusus lelaki di kedua-dua spesies ini untuk mengasingkan gen yang menentukan kelucuan. Tidak ada jaminan penyelesaian kawalan genetik akan dikembangkan setelah gen tersebut dikenal pasti - Tranel mungkin perlu menarik rakan industri untuk itu - tetapi memiliki alat seperti itu tidak jauh seperti dulu.
Artikel, “Kawasan Y-kromosom khusus lelaki di waterhemp (Amaranthus tuberculatus) dan Palmer amaranth (Amaranthus palmeri), ”Diterbitkan dalam Ahli Phytologikal Baru [DOI: 10.1111 / nph.17108]. Penulis termasuk Jacob Montgomery, Darci Giacomini, dan Pat Tranel dari University of Illinois, dan Detlef Weigel dari Institut Max Planck untuk Biologi Pembangunan. Projek ini disokong oleh Institut Makanan dan Pertanian Nasional USDA dan Max Planck Society.
Jabatan Sains Tanaman berada di Kolej Sains Pertanian, Pengguna dan Alam Sekitar pada Ilmu rumpai Illinois.