Bir mısır tarlasında yerin altında olanları gözden kaçırmak kolaydır, ancak mısır kökü mimarisi, su ve besin alımında önemli bir rol oynayabilir, kuraklığa toleransı, su kullanım verimliliğini ve sürdürülebilirliği etkiler. Yetiştiriciler mısır köklerinin daha dik bir açıyla büyümesini teşvik edebilirlerse, mahsul potansiyel olarak toprağın daha derinlerindeki önemli kaynaklara erişebilir.
Bu amaca yönelik ilk adım, yerçekimine yanıt olarak kök büyümesi olan gravitropizme dahil olan genleri öğrenmektir. dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada Ulusal Bilimler Akademisi Tutanakları, Wisconsin Üniversitesi bilim adamları, Illinois Üniversitesi'ndeki araştırmacılarla işbirliği içinde. mısırda ve model bitki Arabidopsis'te bu tür dört geni tanımlayın.
Çimlenmekte olan bir tohum yan çevrildiğinde, bazı kökler yerçekimine doğru ani, dik bir dönüş yaparken, diğerleri daha yavaş döner. Araştırmacılar, binlerce fidede kök gravitropizmindeki ince farklılıkları gözlemlemek için yapay görme yöntemlerini kullandılar ve bu verileri her fide için genetik bilgiyle birleştirdiler. Sonuç, gravitropizm genlerinin genomdaki olası konumlarının haritasını çıkardı.
Harita, araştırmacıları genomdaki doğru mahalleye - birkaç yüz genin bölgelerine - götürdü, ancak gravitropizm için belirli genleri tanımlamaktan hala çok uzaktaydılar. Neyse ki, yardımcı olabilecek bir araçları vardı.
"Aynı deneyi daha önce uzaktan akraba olan Arabidopsis bitkisiyle gerçekleştirdiğimiz için, her iki türde de genomun ilgili bölgelerindeki genleri eşleştirebildik. Takip testleri, kök yerçekimini değiştiren dört genin kimliğini doğruladı. Wisconsin Üniversitesi Botanik Bölümü'nde profesör ve çalışmanın baş yazarı Edgar Spalding, "Yeni bilgiler, yerçekiminin kök sistem mimarilerini nasıl şekillendirdiğini anlamamıza yardımcı olabilir" diyor.
Illinois Üniversitesi Bitki Bilimleri Bölümü'nde profesör ve çalışmanın ortak yazarı Matt Hudson, "Mısırda, özellikle iklim değişikliği bağlamında olmak üzere birçok nedenden dolayı önemli olan, az araştırılmış bir özelliğe baktık. . Ve bunu, bitkiler arasındaki evrimsel farklılıkları lehimize çevirerek başardık."
Bitki biyologları tarafından kapsamlı bir şekilde tanımlanan küçük bir hardal akrabası olan Mısır ve Arabidopsis, evrim tarihinde yaklaşık 150 milyon yıl arayla evrimleşmiştir. Hudson, her iki türün de temel bitki işlevlerini paylaşmasına rağmen, onları kontrol eden genlerin muhtemelen genom içinde zamanla karıştığını açıklıyor. Bu, ortak genleri daraltmak için iyi bir şey olduğu ortaya çıktı.
Yakın akraba türlerde, genler genomda yaklaşık olarak aynı sırada sıralanma eğilimindedir (örneğin, ABCDEF). Aynı genler uzaktan akraba türlerde bulunabilse de, özelliğin haritalandığı bölgedeki (örn. UGRBZ) genlerin sırası uyuşmaz. Araştırmacılar her bir genomun neresine bakılacağını belirledikten sonra, normalde uyumsuz olan gen dizileri, ortak genlerin (bu durumda B) ortaya çıkmasına neden oldu.
Hudson, "Akraba olmayan bitki türlerindeki genomik aralıkları karşılaştırarak başka türlü bulamayacağımız genleri belirleyebilmemizin harika olduğunu düşündüm" diyor. "Bu analizden çıktıklarında doğru genler olduklarından oldukça emindik, ancak Spalding'in grubu daha sonra yedi ya da sekiz yıl daha onların gravitropizmde gerçekten bir rol oynadıklarını doğrulamak için sağlam biyolojik veriler elde etti. Bunu yaptıktan sonra, gelecekte bu yöntemi birçok farklı fenotip için kullanabileceğiniz şekilde tüm yaklaşımı doğruladığımızı düşünüyorum."
Spalding, yöntemin muhtemelen özellikle başarılı olduğunu, çünkü ortak bir ortamda hassas ölçümler yapıldığını belirtiyor.
"Genellikle, mısır araştırmacıları bir alandaki ilgi alanlarını ölçerken, Arabidopsis araştırmacıları bitkilerini yetiştirme odalarında yetiştirme eğilimindedir" diyor. "Kök gravitropizm fenotipini oldukça kontrollü bir şekilde ölçtük. Bu tohumlar bir petri kabında büyütüldü ve gerçek dünyada ölçebileceğiniz her türden değişkenliğe açık özelliklerin aksine, tahlil sadece saatler sürdü.”
Özellikler ortak bir ortamda ölçülebildiğinde bile, tüm özellikler bu yöntem için iyi adaylar değildir. Araştırmacılar, söz konusu özelliklerin, akraba olmayan türlerde aynı eski genlerin var olmasını sağlayarak, temel bitki işlevi için temel olması gerektiğini vurguluyor.
Spalding, "Gravitropizm, bu yaklaşımla çalışmak için özellikle uygun olabilir, çünkü toprağın başarılı bir şekilde kolonileştirilmesinden sonra sürgünlerin ve köklerin orijinal uzmanlaşmasının anahtarı olurdu" diyor.
Hudson, gravitropizmin farklı bir manzaranın kolonileştirilmesinde de anahtar olacağını belirtiyor.
"NASA, diğer gezegenlerde veya uzayda ekin yetiştirmekle ilgileniyor ve bunu yapmak için neyi yetiştirmeniz gerektiğini bilmeleri gerekiyor" diyor. "Bitkiler yerçekimi olmadan oldukça karmaşıktır."
"Gravitropizmde doğal varyasyonu etkileyen genleri belirlemek için mısır ve Arabidopsis QTL içindeki ortolojiden yararlanılması" başlıklı makale, Ulusal Bilimler Akademisi Tutanakları [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Araştırma Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.
Bitki Bilimleri Bölümü, Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi'ndeki Tarım, Tüketici ve Çevre Bilimleri Fakültesi'ndedir.
Bir kaynak: https://www.sciencedaily.com