Wat ondergronds in 'n mielieland gebeur, is maklik om oor die hoof te sien, maar mieliewortelargitektuur kan 'n belangrike rol speel in water- en voedingstofverkryging, wat droogteverdraagsaamheid, watergebruikdoeltreffendheid en volhoubaarheid beïnvloed. As telers mieliewortels kan aanmoedig om teen 'n steiler hoek af te groei, kan die gewas moontlik toegang tot belangrike hulpbronne dieper in die grond kry.
'n Eerste stap in die rigting van daardie doelwit is om die gene te leer wat by gravitropisme betrokke is, wortelgroei in reaksie op swaartekrag. In 'n nuwe studie gepubliseer in die Verrigtinge van die Nasionale Akademie van Wetenskappe, Universiteit van Wisconsin wetenskaplikes, in samewerking met navorsers aan die Universiteit van Illinois. identifiseer vier sulke gene in mielies en die modelplant Arabidopsis.
Wanneer 'n ontkiemende saad op sy sy gedraai word, maak sommige wortels 'n skielike, steil draai na swaartekrag, terwyl ander 'n fraksie stadiger draai. Die navorsers het masjienvisiemetodes gebruik om subtiele verskille in wortelgravitropisme in duisende saailinge waar te neem en daardie data gekombineer met genetiese inligting vir elke saailing. Die resultaat het die waarskynlike posisies van gravitropisme-gene in die genoom gekarteer.
Die kaart het die navorsers na die regte woonbuurt in die genoom gebring - streke van 'n paar honderd gene - maar hulle was nog 'n lang pad van die identifisering van spesifieke gene vir gravitropisme. Gelukkig het hulle 'n hulpmiddel gehad wat kon help.
“Omdat ons voorheen dieselfde eksperiment met die ver-verwante Arabidopsis-plant uitgevoer het, kon ons gene binne die relevante streke van die genoom by albei spesies pas. Opvolgtoetse het die identiteit van vier gene geverifieer wat wortelgravitropisme verander. Die nuwe inligting kan ons help om te verstaan hoe swaartekrag wortelstelsel-argitekture vorm,” sê Edgar Spalding, professor in die Departement Plantkunde aan die Universiteit van Wisconsin en hoofskrywer van die studie.
Matt Hudson, professor in die Departement Gewaswetenskappe aan die Universiteit van Illinois en studie mede-outeur, voeg by, "Ons het gekyk na 'n ondergevorste eienskap in mielies wat belangrik is vir 'n aantal redes, veral in die konteks van klimaatsverandering . En ons het dit gedoen deur die evolusionêre verskille tussen plante in ons guns te laat werk.”
Koring en Arabidopsis, 'n klein mosterdverwant wat volledig deur plantbioloë beskryf is, het in die evolusionêre geskiedenis ongeveer 150 miljoen jaar uitmekaar ontwikkel. Hudson verduidelik dat alhoewel beide spesies basiese plantfunksies deel, die gene wat hulle beheer waarskynlik met verloop van tyd in die genoom deurmekaar is. Dit blyk 'n goeie ding te wees om algemene gene te verklein.
By naverwante spesies is gene geneig om in ongeveer dieselfde volgorde in die genoom in lyn te staan (bv. ABCDEF). Alhoewel dieselfde gene in ver-verwante spesies kan bestaan, stem die volgorde van gene in die streek waarna die eienskap gekarteer word nie ooreen nie (bv. UGRBZ). Nadat die navorsers geïdentifiseer het waar om in elke genoom te kyk, het die andersins verkeerde geenvolgordes die algemene gene (in hierdie geval B) laat uitspring.
"Ek het gedink dit is baie gaaf dat ons gene kon identifiseer wat ons andersins nie sou gevind het nie, net deur genomiese intervalle in onverwante plantspesies te vergelyk," sê Hudson. "Ons was redelik vol vertroue dat hulle die regte gene was toe hulle uit hierdie ontleding verskyn het, maar Spalding se groep het toe nog sewe of agt jaar bestee om vaste biologiese data te kry om te verifieer dat hulle inderdaad 'n rol in gravitropisme speel. Nadat ek dit gedoen het, dink ek ons het die hele benadering so bekragtig dat jy in die toekoms hierdie metode vir baie verskillende fenotipes kan gebruik.”
Spalding merk op die metode was waarskynlik besonder suksesvol omdat presiese metings in 'n gemeenskaplike omgewing gedoen is.
“Dikwels sal mielienavorsers hul eienskappe van belangstelling in 'n veld meet, terwyl Arabidopsis-navorsers geneig is om hul plante in groeikamers groot te maak,” sê hy. “Ons het die wortelgravitropisme-fenotipe op 'n hoogs gekontroleerde manier gemeet. Hierdie sade is op 'n petri-plaat gekweek, en die toets het net ure geduur, in teenstelling met eienskappe wat jy in die regte wêreld kan meet wat oop is vir allerhande variasies.”
Selfs wanneer eienskappe in 'n gemeenskaplike omgewing gemeet kan word, maak nie alle eienskappe goeie kandidate vir hierdie metode nie. Die navorsers beklemtoon eienskappe in die vraag moet fundamenteel tot basiese plantfunksie wees, om te verseker dat dieselfde antieke gene bestaan in onverwante spesies.
"Gravitropisme kan veral vatbaar wees om deur hierdie benadering te bestudeer, want dit sou die sleutel tot die oorspronklike spesialisasie van lote en wortels na die suksesvolle kolonisasie van grond gewees het," sê Spalding.
Hudson merk op gravitropisme sal ook die sleutel tot kolonisasie van 'n ander landskap wees.
"NASA stel daarin belang om gewasse op ander planete of in die ruimte te kweek en hulle moet weet waarvoor jy moet teel om dit te doen," sê hy. "Plante is redelik ontbind sonder swaartekrag."
Die artikel, "Leveraging orthology within maize and Arabidopsis QTL to identifiing genes that affect natural variation in gravitropism," is gepubliseer in die Verrigtinge van die Nasionale Akademie van Wetenskappe [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Die navorsing is deur die National Science Foundation befonds.
Die Departement Gewaswetenskappe is in die Kollege van Landbou-, Verbruikers- en Omgewingswetenskappe aan die Universiteit van Illinois Urbana-Champaign.
'N Bron: https://www.sciencedaily.com