УРБАНА, Иллинойс. - Ученые приближаются к поиску генов мужского пола у водяной конопли и амаранта Палмера, двух самых опасных сельскохозяйственных сорняков в США.
Обнаружение генов может позволить использовать новые методы «генетического контроля» над сорняками, которые во многих местах больше не реагируют на гербициды.
«Если бы мы знали, какие гены контролируют мужское начало, и мы могли бы заставить эти гены размножаться в популяции, каждое растение в поле было бы мужским через несколько поколений, и теоретически популяция погибла бы», - говорит Пэт Транел, профессор и младший руководитель. в Департамент растениеводства на Университет штата Иллинойс и ведущий автор исследования в Новый фитолог.
Транел и его коллеги ранее идентифицировали молекулярные маркеры, связанные с мужской геномной областью. После секвенирование геномов мужских сорняков для обоих видов исследователи смогли использовать эти маркеры для определения специфичного для мужчин региона. Теперь они находятся в пределах от 120 до 150 генов от нахождения своей цели.
«Мы уверены, что большинство из этих 120 или около того генов, вероятно, ничего не делают. Это просто материал, который накапливается в этой области генома », - говорит Транель. «Если бы мне пришлось угадывать, я бы сказал, что, возможно, 10 из них действительно делают что-то важное».
Сужение генов, связанных с полом в этих сорняках, может иметь практическое значение для борьбы, но исследование также проливает свет на феномен раздельнополости - мужские и женские половые органы у отдельных особей - в более общем плане. Подавляющее большинство животных раздельнополы, но у растений встречается редко. Более чем у 90% цветковых растений оба половых органа принадлежат одному и тому же человеку, а зачастую и одному цветку.
Однако водяной конопли и пальмерский амарант раздельнополы.
Диоэзия означает, что растение не может самоопыляться; вместо этого женские гаметы должны быть оплодотворены мужской пыльцой другого растения. Это хорошо для обеспечения генетического разнообразия в популяции. И это, вероятно, то, что сделало водяной конопли и амарант Палмера такими успешными в предотвращении пагубного воздействия нескольких гербицидов.
«На сегодняшний день у водяной конопли и амаранта пальмера выработалась устойчивость к гербицидам, охватывающая семь и восемь способов действия соответственно. Двудомное размножение приводит к тому, что все эти признаки устойчивости смешиваются и совпадают у людей. Такое смешение позволило популяциям обоих видов сочетать множественную устойчивость к гербицидам, в результате чего у производителей осталось мало эффективных гербицидов », - говорит Транель.
Понимание редкого явления двудомности у растений может помочь ученым понять, как черты наследуются от каждого родителя, и понять, как это явление развивается.
В отличие от животных, у которых двудомность, как считается, возникла только однажды, ученые полагают, что двудомность растений развивалась много раз. И, согласно исследованию Транела, он, по-видимому, независимо развился у водяной конопли и амаранта Палмера, двух очень близких видов.
«Я не готов сказать, что мы абсолютно уверены, что они развивались отдельно, но вся информация, которую мы нашли, поддерживает эту идею. Только два из 120–150 генов были похожи друг на друга у двух видов, - говорит Транель.
Один из этих общих генов, Florigen, помогает растениям реагировать на длину светового дня, инициируя цветение. Транель еще не знает, определяет ли он пол цветков, но его заинтриговало, что он обнаружился в специфической для мужчин области Y для обоих видов.
«Мы не знаем наверняка, но, возможно, это связано с тем, что самцы зацветают раньше, чем самки. Это может быть выгодно самцам, потому что тогда они будут сбрасывать пыльцу, когда первые самки станут восприимчивыми. Так что, если на самом деле Палмер и водяной конопли действительно развивали двудомность отдельно, но оба приобрели этот ген Флориген для улучшения приспособленности, это было бы классным примером параллельной эволюции ».
Транель надеется еще больше сузить область Y, специфичную для мужчин, у обоих видов, чтобы выделить гены, определяющие мужское начало. Нет никакой гарантии, что решение для генетического контроля будет разработано после того, как эти гены будут идентифицированы - Tranel, вероятно, потребуется привлечь для этого отраслевых партнеров - но наличие такого инструмента уже не так далеко, как раньше.
В статье «Специфические мужские области Y-хромосомы у водяного конопли (Амарант туберкулезный) и пальмерский амарант (Амарант пальмерия) »Публикуется в Новый фитолог [ДОИ: 10.1111 / nph.17108]. Среди авторов - Джейкоб Монтгомери, Дарси Джакомини и Пэт Транель из Университета Иллинойса, а также Детлеф Вейгель из Института биологии развития Макса Планка. Проект поддержан Национальный институт продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США и Общество Макса Планка.
Департамент растениеводства находится в Колледж сельскохозяйственных, потребительских и экологических наук на Иллинойс, наука о сорняках.
