Согласно новому исследованию, опубликованному 29 ноября в журнале открытого доступа, простой селекционный эксперимент в сочетании с генетическим анализом может быстро выявить гены, способствующие кооперации и повышению урожайности популяций растений. PLoS Biology, Самюэль Вюст из Цюрихского университета и компании Agroscope, Швейцария, и его коллеги. Результаты могут быстро повысить урожайность сельскохозяйственных культур с помощью традиционных методов селекции.
В классической эволюционной теории индивидуумы соревнуются, и те, у кого гены наиболее конкурентно выгодны, создают больше потомков, несущих те же гены-победители. Это ставит задачу перед селекционеры, которые часто сталкиваются с выбором растений, которые сотрудничают, а не конкурируют. В густом монокультурном насаждении кукурузы или пшеницы общая урожайность может быть повышена, если особи избегают слишком высокого роста или слишком широкого распускания листьев («Зеленая революция» середины 20-го века в значительной степени зависела от введения карликовых аллелей в основные растения). злаки).
Обнаружение аллелей (вариантов генов, которые различаются у разных людей), которые могут способствовать сотрудничеству, является сложной задачей, но авторы разработали систему для их выявления. В соответствии с теория игрыАвторы пришли к выводу, что самый кооперативный генотип будет лучше всего работать с такими же кооперативными соседями, но плохо столкнется с эгоистичными, высококонкурентными соседями.
Они использовали модельное растение арабидопсис, чтобы сравнить производительность данного растения при выращивании с другим генетически сходным человеком (моделирование монокультуры) с его производительностью при выращивании с набором «тестовых» генотипов, которые различались по своим стратегиям роста. Определив как общую силу каждого растения (измеряемую по надземной биомассе), так и разницу между его ростом в двух ситуациях, они смогли увидеть, какие растения максимизировали как способность к быстрому росту, так и способность сотрудничать с генетически сходными особями. чтобы их соседи тоже хорошо росли.
Имея эти данные, они использовали опубликованные данные о полиморфизме всего генома, чтобы найти гены ассоциируется с кооперативным признаком. Они обнаружили, что это наиболее сильно связано с небольшой группой сцепленных полиморфизмов, в частности с минорным аллелем одного гена. Когда растения, несущие этот минорный аллель, выращивали в близость, они вместе производили на 15% больше биомассы при выращивании в условиях высокой плотности, чем растения, несущие основные аллель в том же локусе. Кооперативный эффект сопровождался снижением корневой конкуренции — соседние растения, возможно, тратили меньше энергии на вторжение в корневую зону своих соседей за питательными веществами.
По словам Вуэста, ту же сравнительную стратегию можно использовать для обнаружения кооперативных аллелей любой измеримой характеристики. «Такие вариации, выявленные в культуре, можно быстро использовать в современных программах селекции и обеспечить эффективные пути повышения урожайности».
Вуэст добавляет: «Идеи, которые вдохновили на эту работу, не новы, многие из них были сформулированы десятилетия назад. И все же мысль о том, что мы, люди, один из самых склонных к сотрудничеству видов, тоже можем извлечь выгоду из того, что наши культуры станут более кооперативными, по-прежнему интригует нас сегодня».
