URBANA, Ill. - מדענים מתקרבים יותר למציאת גנים לבעיות במפוח מים ובפלמר אמרנט, שניים מהעשבים החקלאיים המטרידים ביותר בארה"ב.
מציאת הגנים עשויה לאפשר שיטות "שליטה גנטית" חדשות לעשבים שוטים, אשר במקומות רבים אינם מגיבים עוד לקוטלי עשבים.
"אם היינו יודעים אילו גנים שולטים בזכויות ויכולים לגרום לגנים אלה להתרבות בקרב האוכלוסייה, כל צמח בשטח יהיה זכר לאחר כמה דורות, ותיאורטית האוכלוסייה הייתה מתרסקת", אומר פט טראנל, פרופסור וראש עמית בתוך ה המחלקה למדעי היבול ב אוניברסיטת אילינוי והמחבר הראשי במחקר ב פיטולוג חדש.
טרנל ועמיתיו זיהו בעבר סמנים מולקולריים הקשורים לאזור הגנומי הגברי. לאחר רצף גנום של עשבים שוטים זכריים עבור שני המינים החוקרים הצליחו להשתמש בסמנים אלה עד לאפס באזור הספציפי לגבר. כעת, הם נמצאים בטווח של 120 עד 150 גנים לאיתור מטרתם.
"אנו בטוחים שרוב כ -120 הגנים האלה כנראה לא עושים כלום. זה רק דברים שנצברו באזור הגנום ההוא, "אומר טרנל. "אם הייתי צריך לנחש, הייתי אומר שאולי 10 מהם באמת עושים משהו רלוונטי."
לצמצום הגנים הקשורים למגדר בעשבים אלו יכול להיות ערך מעשי לשליטה, אך המחקר גם שופך אור על תופעת הדיואציה - איברים מיניים של זכר ונקבה על אנשים נפרדים - באופן כללי יותר. הרוב המכריע של בעלי החיים הם דו-יומיים, אך הוא נדיר בצמחים. ליותר מ -90% מהצמחים הפורחים יש שני איברים מיניים על אותו אדם, ולעתים קרובות בתוך אותו פרח.
Waterhemp ו Palmer amaranth, לעומת זאת, הם דו-חזוריים.
משמעות דיואיזה היא שאי אפשר לצמח להאביק את עצמו; במקום זאת, יש להפרות גמריות נקבות על ידי אבקה גברית מצמח אחר. זה דבר טוב להבטחת מגוון גנטי באוכלוסייה. וסביר להניח מה שהפך את המפ והפלמר אמרנט למוצלחים כל כך בהתחמקות מההשפעות המזיקות של קוטלי עשבים מרובים.
"עד כה, קנבוס המים ואמרנט פאלמר פיתחו עמידות בפני קוטלי עשבים המשתרעים על פני שבעה ושמונה דרכי פעולה, בהתאמה. רבייה דו-מינית גורמת לכך שכל תכונות ההתנגדות הללו מעורבות ומתאימות בין אנשים. ערבוב זה אפשר לאוכלוסיות משני המינים לשלב עמידות מרובה נגד קוטלי עשבים, מה שמותיר ליצרנים מעט אפשרויות יעילות לקוטלי עשבים ", אומר טרנל.
הבנת התופעה הנדירה של דיואזה בצמחים יכולה לעזור למדענים לחבר כיצד תכונות עוברות בתורשה מכל אחד מההורים, ולהבין כיצד התופעה מתפתחת.
שלא כמו אצל בעלי חיים, שבהם חושבים שדיואציה התפתחה רק פעם אחת, מדענים מאמינים שביומיות בצמחים התפתחה מספר רב של פעמים. ועל פי המחקר של טרנל, נראה כי הוא התפתח באופן עצמאי במפוח מים ופלמר אמרנט, שני מינים קרובים מאוד.
"אני לא מוכן לומר שאנחנו לגמרי יודעים שהם התפתחו בנפרד, אבל כל המידע שמצאנו תומך ברעיון הזה. רק שניים מתוך 120-150 הגנים היו דומים זה לזה בשני המינים ", אומר טרנל.
אחד מאותם גנים משותפים, פלוריגן, מסייע לצמחים להגיב לאורך היום על ידי התחלת פריחה. טרנל עדיין לא יודע אם הוא קובע את מין הפרחים, אך הוא הסתקרן שהוא הופיע באזור ה- Y הספציפי לגבר עבור שני המינים.
"אנחנו לא יודעים בוודאות, אבל אולי זה קשור לזכרים שפורחים מוקדם יותר מנקבות. זה יכול להיות יתרון לזכרים כי אז הם היו משילים אבקה כשהנקבות הראשונות הופכות לקולטות. אז אם, למעשה, פאלמר והמים-קמפ אכן פיתחו דיואציה בנפרד, אך שניהם רכשו את הגן הזה של פלורגן לטובת כושר, זו תהיה דוגמה מגניבה להתפתחות מקבילה. "
טרנל מקווה לצמצם את אזור ה- Y הספציפי לגבר בשני המינים עוד יותר כדי לבודד את הגנים שקובעים את הזווית. אין שום הבטחה שפותח פיתרון לבקרה גנטית לאחר זיהוי הגנים האלו - סביר להניח ש- Tranel יצטרך למשוך שותפים בתעשייה לשם כך - אך כלי כזה אינו רחוק כמו שהיה פעם.
המאמר, "אזורי כרומוזומל Y ספציפיים לגבר במים (Amaranthus tuberculatus) ופלמר אמרנט (Amaranthus palmeri), "פורסם ב פיטולוג חדש [DOI: 10.1111 / nph.17108]. המחברים כוללים את ג'ייקוב מונטגומרי, דארסי ג'אקומיני ופט טראנל מאוניברסיטת אילינוי ודטלף ווייגל ממכון מקס פלאנק לביולוגיה התפתחותית. הפרויקט נתמך על ידי המכון הלאומי למזון וחקלאות USDA וחברת מקס פלאנק.
המחלקה למדעי היבול נמצאת ב המכללה למדעי החקלאות, הצרכנות והסביבה ב מדע העשבים באילינוי.