ის, რაც მიწისქვეშეთში ხდება სიმინდის მინდორში, ადვილი დასამახსოვრებელია, მაგრამ სიმინდის ფესვების არქიტექტურას შეუძლია მნიშვნელოვანი როლი შეასრულოს წყლისა და საკვები ნივთიერებების შეძენაში, რაც იმოქმედებს გვალვის ტოლერანტობაზე, წყლის გამოყენების ეფექტურობაზე და მდგრადობაზე. თუ სელექციონერები ხელს შეუწყობენ სიმინდის ფესვებს უფრო ციცაბო კუთხით გაიზარდოს, მოსავალს პოტენციურად შეუძლია მნიშვნელოვანი რესურსების წვდომა ნიადაგის სიღრმეში.
ამ მიზნისკენ პირველი ნაბიჯი არის გრავიტროპიზმში ჩართული გენების შესწავლა, ფესვების ზრდა გრავიტაციის საპასუხოდ. ახალ კვლევაში, რომელიც გამოქვეყნდა შრომები მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის, ვისკონსინის უნივერსიტეტის მეცნიერები, ილინოისის უნივერსიტეტის მკვლევარებთან თანამშრომლობით. იდენტიფიცირება ოთხი ასეთი გენის სიმინდისა და მოდელი მცენარე Arabidopsis.
როდესაც აღმოცენებული თესლი გვერდულად ტრიალებს, ზოგიერთი ფესვი უეცრად, ციცაბო ბრუნავს გრავიტაციისკენ, ზოგი კი ფრაქციას უფრო ნელა უხვევს. მკვლევარებმა გამოიყენეს მანქანური ხედვის მეთოდები ათასობით ნერგში ფესვის გრავიტროპიზმში დახვეწილი განსხვავებების დასაკვირვებლად და გააერთიანეს ეს მონაცემები თითოეული ნერგის გენეტიკურ ინფორმაციას. შედეგი ასახავს გრავიტროპიზმის გენების სავარაუდო პოზიციებს გენომში.
რუქამ მკვლევარები გენომში სწორ სამეზობლოში მიიყვანა - რამდენიმე ასეული გენის რეგიონი - მაგრამ ისინი ჯერ კიდევ შორს იყვნენ გრავიტროპიზმის სპეციფიკური გენების იდენტიფიკაციამდე. საბედნიეროდ, მათ ჰქონდათ ინსტრუმენტი, რომელიც დაეხმარებოდა.
იმის გამო, რომ ჩვენ ადრე ჩავატარეთ იგივე ექსპერიმენტი შორეულ მონათესავე არაბიდოპსის მცენარესთან, ჩვენ შევძელით გენების შედარება გენომის შესაბამის რეგიონებში ორივე სახეობაში. შემდგომმა ტესტებმა დაადასტურა ოთხი გენის იდენტურობა, რომლებიც ცვლიან ფესვის გრავიტროპიზმს. ახალი ინფორმაცია დაგვეხმარება იმის გაგებაში, თუ როგორ აყალიბებს გრავიტაცია ფესვთა სისტემის არქიტექტურას“, - ამბობს ედგარ სპალდინგი, ვისკონსინის უნივერსიტეტის ბოტანიკის დეპარტამენტის პროფესორი და კვლევის წამყვანი ავტორი.
მეტ ჰადსონი, ილინოისის უნივერსიტეტის მოსავლის მეცნიერებათა დეპარტამენტის პროფესორი და კვლევის თანაავტორი, დასძენს: „ჩვენ გადავხედეთ სიმინდის გამოკვლეულ თვისებას, რომელიც მნიშვნელოვანია მრავალი მიზეზის გამო, განსაკუთრებით კლიმატის ცვლილების კონტექსტში. . ჩვენ ეს გავაკეთეთ იმით, რომ მცენარეებს შორის ევოლუციური განსხვავებები ჩვენს სასარგებლოდ მუშაობდა.
სიმინდი და არაბიდოპსისი, მდოგვის პატარა ნათესავი, რომელიც ამომწურავად აღწერილია მცენარეთა ბიოლოგების მიერ, ევოლუციის ისტორიაში დაახლოებით 150 მილიონი წლის მანძილზე განვითარდა. ჰადსონი განმარტავს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ორივე სახეობა იზიარებს მცენარის ძირითად ფუნქციებს, გენები, რომლებიც აკონტროლებენ მათ, სავარაუდოდ, დროთა განმავლობაში გენომში აირია. ეს კარგია საერთო გენების შესამცირებლად.
მჭიდროდ მონათესავე სახეობებში გენები გენომში დაახლოებით ერთნაირი თანმიმდევრობით რიგდებიან (მაგ. ABCDEF). მიუხედავად იმისა, რომ ერთი და იგივე გენები შეიძლება არსებობდეს შორეულ მონათესავე სახეობებში, გენების რიგითობა რეგიონში, რომელზეც ნიშანდობლივია რუკა, არ ემთხვევა (მაგ., UGRBZ). მას შემდეგ, რაც მკვლევარებმა დაადგინეს, თუ სად უნდა ეძებონ თითოეულ გენომში, სხვაგვარად შეუსაბამო გენების თანმიმდევრობამ გამოაჩინა საერთო გენები (ამ შემთხვევაში B).
„ვფიქრობდი, რომ ძალიან მაგარი იყო, რომ შეგვეძლო გენების იდენტიფიცირება, რომლებსაც სხვაგვარად ვერ ვიპოვნიდით, მხოლოდ გენომიური ინტერვალების შედარების გზით არანათესავ მცენარეთა სახეობებში“, ამბობს ჰადსონი. ”ჩვენ საკმაოდ დარწმუნებულები ვიყავით, რომ ისინი სწორი გენები იყვნენ, როდესაც ისინი გამოვიდნენ ამ ანალიზიდან, მაგრამ სპოლდინგის ჯგუფმა კიდევ შვიდი ან რვა წელი გაატარა მყარი ბიოლოგიური მონაცემების მისაღებად, რათა დაედასტურებინა, რომ ისინი მართლაც თამაშობენ როლს გრავიტროპიზმში. ამის გაკეთების შემდეგ, ვფიქრობ, ჩვენ დავადასტურეთ მთელი მიდგომა ისე, რომ მომავალში შეგიძლიათ გამოიყენოთ ეს მეთოდი მრავალი განსხვავებული ფენოტიპისთვის. ”
სპოლდინგი აღნიშნავს, რომ მეთოდი ალბათ განსაკუთრებით წარმატებული იყო, რადგან ზუსტი გაზომვები გაკეთდა საერთო გარემოში.
„ხშირად, სიმინდის მკვლევარები აფასებენ მათ ინტერესის მახასიათებლებს მინდორში, მაშინ როცა Arabidopsis-ის მკვლევარები თავიანთ მცენარეებს ზრდის პალატაში ზრდიან“, - ამბობს ის. „ჩვენ გავზომეთ ფესვის გრავიტროპიზმის ფენოტიპი უაღრესად კონტროლირებადი გზით. ეს თესლები გაიზარდა პეტრის თეფშზე და ანალიზი გაგრძელდა რამდენიმე საათის განმავლობაში, განსხვავებით იმ თვისებებისა, რომლებიც შეიძლება გაზომოთ რეალურ სამყაროში, რომლებიც ღიაა ყველა სახის ცვალებადობისთვის.”
მაშინაც კი, როდესაც ნიშან-თვისებების გაზომვა შესაძლებელია საერთო გარემოში, ყველა მახასიათებელი არ არის კარგი კანდიდატი ამ მეთოდისთვის. მკვლევარები ხაზს უსვამენ, რომ მოცემული თვისებები უნდა იყოს ფუნდამენტური მცენარის ძირითადი ფუნქციისთვის, რაც უზრუნველყოფს იგივე უძველესი გენების არსებობას დაუკავშირებელ სახეობებში.
„გრავიტროპიზმი შეიძლება განსაკუთრებით ექვემდებარებოდეს ამ მიდგომის შესწავლას, რადგან ის გასაღები იქნებოდა ყლორტებისა და ფესვების ორიგინალური სპეციალიზაციისთვის მიწის წარმატებული კოლონიზაციის შემდეგ“, - ამბობს სპოლდინგი.
ჰადსონი აღნიშნავს, რომ გრავიტროპიზმი იქნება გასაღები სხვა ლანდშაფტის კოლონიზაციისთვისაც.
„ნასა დაინტერესებულია სხვა პლანეტებზე ან კოსმოსში კულტურების გაშენებით და მათ უნდა იცოდნენ, რისთვის მოგიწევთ გამოყვანა ამისთვის“, - ამბობს ის. "მცენარეები საკმაოდ იშლება გრავიტაციის გარეშე."
სტატია, „ორთოლოგიის გამოყენება სიმინდისა და Arabidopsis QTL-ში გენების იდენტიფიცირებისთვის, რომლებიც გავლენას ახდენენ გრავიტროპიზმის ბუნებრივ ცვალებადობაზე“, გამოქვეყნებულია შრომები მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. კვლევა დაფინანსდა ეროვნული სამეცნიერო ფონდის მიერ.
მოსავლის მეცნიერებათა დეპარტამენტი არის ილინოისის ურბანა-შამპინის უნივერსიტეტის სოფლის მეურნეობის, სამომხმარებლო და გარემოსდაცვითი მეცნიერებების კოლეჯში.
წყარო: https://www.sciencedaily.com