Það sem gerist neðanjarðar á kornakri er auðvelt að horfa framhjá, en kornrótararkitektúr getur gegnt mikilvægu hlutverki í vatns- og næringarefnaöflun, sem hefur áhrif á þurrkaþol, vatnsnotkun og sjálfbærni. Ef ræktendur gætu hvatt maísrætur til að vaxa niður í brattara horni gæti uppskeran hugsanlega fengið aðgang að mikilvægum auðlindum dýpra í jarðveginum.
Fyrsta skrefið í átt að því markmiði er að læra genin sem taka þátt í gravitropism, rótarvexti sem svar við þyngdaraflinu. Í nýrri rannsókn sem birt var í Málsmeðferð um National Academy of Sciences, Vísindamenn Háskólans í Wisconsin, í samvinnu við vísindamenn við Háskólann í Illinois. þekkja fjögur slík gen í maís og fyrirmyndarplöntuna Arabidopsis.
Þegar spírandi fræ er snúið á hliðina beygja sumar rætur skyndilega, bratta beygju í átt að þyngdaraflinu en aðrar snúast broti hægar. Rannsakendur notuðu vélsjónaraðferðir til að fylgjast með fíngerðum mun á rótarþyngdarafgangi í þúsundum ungplöntur og sameinuðu þau gögn með erfðafræðilegum upplýsingum fyrir hverja ungplöntu. Niðurstaðan kortlagði líklega stöðu þyngdaraflgena í erfðamenginu.
Kortið kom rannsakendum í rétta hverfið í erfðamenginu - svæði með nokkur hundruð gena - en þeir voru enn langt frá því að bera kennsl á ákveðin gen fyrir þyngdarafgang. Sem betur fer áttu þeir tæki sem gæti hjálpað.
„Þar sem við höfðum áður gert sömu tilraun með fjarskylda Arabidopsis plöntuna gátum við samræmt gen innan viðkomandi svæða erfðamengisins í báðum tegundum. Eftirfylgniprófanir sannreyndu auðkenni fjögurra gena sem breyta þyngdaraukningu róta. Nýju upplýsingarnar gætu hjálpað okkur að skilja hvernig þyngdarafl mótar rótkerfisarkitektúr,“ segir Edgar Spalding, prófessor í grasafræðideild háskólans í Wisconsin og aðalhöfundur rannsóknarinnar.
Matt Hudson, prófessor í ræktunarvísindum við háskólann í Illinois og meðhöfundur rannsóknarinnar, bætir við: „Við skoðuðum vanrannsakaðan eiginleika maís sem er mikilvægt af ýmsum ástæðum, sérstaklega í tengslum við loftslagsbreytingar. . Og við gerðum það með því að láta þróunarmuninn á plöntum vinna okkur í hag.“
Korn og Arabidopsis, lítill sinnepsættingi sem er tæmandi lýst af plöntulíffræðingum, þróuðust með um 150 milljón ára millibili í þróunarsögunni. Hudson útskýrir að þrátt fyrir að báðar tegundir deili grunnstarfsemi plantna hafi genin sem stjórna þeim líklega verið ruglað saman í erfðamenginu með tímanum. Það reynist gott til að þrengja að algengum genum.
Hjá náskyldum tegundum hafa gen tilhneigingu til að raðast í um það bil sömu röð í erfðamenginu (td ABCDEF). Þrátt fyrir að sömu genin gætu verið til í fjarskyldum tegundum, passar röð gena á svæðinu sem eiginleikinn er ekki saman við (td UGRBZ). Eftir að rannsakendur komust að því hvar ætti að leita í hverju erfðamengi, urðu annars ósamræmdar genaraðir til þess að algeng gen (í þessu tilfelli B) sprungu út.
„Mér fannst frábært að við gætum borið kennsl á gen sem við hefðum ekki fundið annars með því að bera saman erfðafræðilegt bil í óskyldum plöntutegundum,“ segir Hudson. „Við vorum nokkuð viss um að þau væru réttu genin þegar þau komu út úr þessari greiningu, en hópur Spaldings eyddi síðan sjö eða átta árum í viðbót við að afla traustra líffræðilegra gagna til að sannreyna að þau gegna svo sannarlega hlutverki í þyngdarafgangi. Eftir að hafa gert það held ég að við höfum staðfest alla nálgunina þannig að í framtíðinni gætirðu notað þessa aðferð fyrir margar mismunandi svipgerðir.“
Spalding segir að aðferðin hafi líklega verið sérstaklega vel heppnuð vegna þess að nákvæmar mælingar voru gerðar í sameiginlegu umhverfi.
„Oft munu maísrannsakendur mæla áhugaeinkenni þeirra á akri, en Arabidopsis vísindamenn hafa tilhneigingu til að ala plöntur sínar í vaxtarhólfum,“ segir hann. „Við mældum rót gravitropism svipgerð á mjög stýrðan hátt. Þessi fræ voru ræktuð á petríplötu og greiningin stóð í nokkrar klukkustundir, öfugt við eiginleika sem þú gætir mælt í raunheimum sem eru opnir fyrir alls kyns breytileika.“
Jafnvel þegar hægt er að mæla eiginleika í sameiginlegu umhverfi, eru ekki allir eiginleikar góðir kandídatar fyrir þessa aðferð. Rannsakendur leggja áherslu á eiginleika sem um ræðir ættu að vera grundvallaratriði í grunnstarfsemi plantna og tryggja að sömu fornu genin séu til í óskyldum tegundum.
„Gravitropism gæti verið sérstaklega tækt að rannsaka með þessari nálgun vegna þess að það hefði verið lykillinn að upprunalegri sérhæfingu sprota og róta eftir farsæla landnám lands,“ segir Spalding.
Hudson bendir á að gravitropism muni einnig vera lykillinn að landnámi annars landslags.
„NASA hefur áhuga á að rækta uppskeru á öðrum plánetum eða í geimnum og þeir þurfa að vita hvað þú þarft að rækta til að gera það,“ segir hann. "Plöntur eru frekar sundurlausar án þyngdarafls."
Greinin, „Að nýta réttstöðufræði innan maís og Arabidopsis QTL til að bera kennsl á gen sem hafa áhrif á náttúrulegan breytileika í þyngdarafgangi,“ er birt í Málsmeðferð um National Academy of Sciences [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Rannsóknin var styrkt af National Science Foundation.
Deild ræktunarvísinda er í háskólanum í landbúnaðar-, neytenda- og umhverfisvísindum við háskólann í Illinois Urbana-Champaign.
Heimild: https://www.sciencedaily.com