URBANA, Ill. - Forskere nærmer seg å finne genene for malenhet i vannhamp og Palmer amaranth, to av de mest plagsomme jordbruksugressene i USA
Å finne genene kan muliggjøre nye “genetiske kontroll” -metoder for ugresset, som mange steder ikke lenger reagerer på ugressmidler.
"Hvis vi visste hvilke gener som kontrollerer malenhet, og vi kunne få disse genene til å spre seg i befolkningen, ville hver plante i feltet være en hann etter noen generasjoner, og teoretisk sett ville befolkningen krasje," sier Pat Tranel, professor og førsteamanuensis. i Institutt for avlingsvitenskap på University of Illinois og hovedforfatter på en studie i Ny fytolog.
Tranel og hans kolleger hadde tidligere identifisert molekylære markører assosiert med den mannlige genomområdet. Etter sekvensering av genomene til ugress fra hanner For begge artene var forskerne i stand til å bruke disse markørene til null på den mannlige regionen. Nå er de innenfor 120 til 150 gener for å finne målet.
“Vi er sikre på at de fleste av de omtrent 120 generene sannsynligvis ikke gjør noe. Det er bare ting som er akkumulert i den regionen av genomet, sier Tranel. "Hvis jeg måtte gjette, vil jeg si at kanskje 10 av dem faktisk gjør noe relevant."
Å begrense genene relatert til kjønn i disse ugressene kan ha praktisk verdi for kontroll, men studien belyser også fenomenet dioecy - mannlige og kvinnelige kjønnsorganer på separate individer - mer generelt. De aller fleste dyr er todyrke, men det er sjelden i planter. Mer enn 90% av blomstrende planter har begge kjønnsorganer på samme individ, og ofte innenfor samme blomst.
Waterhemp og Palmer amaranth er imidlertid tospennende.
Dioecy betyr at det er umulig for en plante å selvbestøve; i stedet må kvinnelige kjønnsceller befruktes av mannlig pollen fra en annen plante. Det er en god ting for å sikre genetisk mangfold i en populasjon. Og det er sannsynlig hva som har gjort waterhamp og Palmer amaranth så vellykket å unngå de skadelige effektene av flere herbicider.
“Hittil har waterhemp og Palmer amaranth utviklet seg motstandsdyktige mot herbicider som spenner over henholdsvis syv og åtte virkemåter. Dioecious reproduksjon resulterer i at alle disse motstandsegenskapene blandes og matches innen individer. Denne blandingen har gjort det mulig for populasjoner av begge arter å kombinere flere resistenser mot herbicider, noe som gir produsentene få effektive valg av herbicider, sier Tranel.
Å forstå det sjeldne fenomenet dioecy i planter kan hjelpe forskere til å sette sammen hvordan egenskaper er arvet fra hver av foreldrene, og å forstå hvordan fenomenet utvikler seg.
I motsetning til hos dyr, der det antas at dioecy har utviklet seg en gang, tror forskere at dioecy i planter har utviklet seg flere ganger. Og ifølge Tranels studie ser det ut til å ha utviklet seg uavhengig i vannhamp og Palmer amaranth, to svært nært beslektede arter.
“Jeg er ikke klar til å si at vi absolutt vet at de utviklet seg hver for seg, men all informasjon vi fant støtter den ideen. Bare to av 120-150 gener var lik hverandre på tvers av de to artene, sier Tranel.
En av de delte gener, Florigen, hjelper planter å reagere på daglengden ved å sette i gang blomstring. Tranel vet ennå ikke om det bestemmer kjønnet på blomster, men han er fascinert av at det dukket opp i den mannsspesifikke Y-regionen for begge arter.
”Vi vet ikke helt sikkert, men kanskje er det involvert i at menn blomstrer tidligere enn kvinner. Det kan være fordelaktig for menn, for da vil de kaste pollen når de første kvinnene blir mottakelige. Så hvis Palmer og waterhemp faktisk utviklet dioecy hver for seg, men begge tilegnet seg dette Florigen-genet for en treningsfordel, ville det være et kult eksempel på parallell evolusjon. "
Tranel håper å begrense den mannsspesifikke Y-regionen i begge artene ytterligere for å isolere gener som bestemmer malenhet. Det er ingen garanti for at en genetisk kontrollløsning vil bli utviklet når disse genene er identifisert - Tranel vil sannsynligvis trenge å tiltrekke seg industripartnere for det - men å ha et slikt verktøy er ikke så langt unna som det en gang var.
Artikkelen “Mannsspesifikke Y-kromosomregioner i vannhamp (Amaranthus tuberculatus) og Palmer amaranth (Amaranthus palmeri), ”Er publisert i Ny fytolog [GJØR JEG: 10.1111 / nph.17108]. Forfattere inkluderer Jacob Montgomery, Darci Giacomini og Pat Tranel fra University of Illinois, og Detlef Weigel fra Max Planck Institute for Developmental Biology. Prosjektet ble støttet av USDA National Institute of Food and Agriculture og Max Planck Society.
Institutt for avlingsvitenskap er i Høgskolen for landbruks-, forbruker- og miljøvitenskap på Illinois lukevitenskap.