Apa yang berlaku di bawah tanah di ladang jagung mudah diabaikan, tetapi seni bina akar jagung boleh memainkan peranan penting dalam pemerolehan air dan nutrien, menjejaskan toleransi kemarau, kecekapan penggunaan air dan kemampanan. Jika penternak boleh menggalakkan akar jagung tumbuh ke bawah pada sudut yang lebih curam, tanaman itu berpotensi mengakses sumber penting lebih dalam dalam tanah.
Langkah pertama ke arah matlamat itu ialah mempelajari gen yang terlibat dalam gravitropisme, pertumbuhan akar sebagai tindak balas kepada graviti. Dalam kajian baru yang diterbitkan dalam Prosiding National Academy of Sciences, saintis Universiti Wisconsin, dengan kerjasama penyelidik di Universiti Illinois. mengenal pasti empat gen tersebut dalam jagung dan tumbuhan model Arabidopsis.
Apabila benih yang bercambah dipusingkan ke sisinya, sesetengah akar akan berpusing secara tiba-tiba dan curam ke arah graviti, manakala yang lain membelok pecahan dengan lebih perlahan. Para penyelidik menggunakan kaedah penglihatan mesin untuk memerhatikan perbezaan halus dalam gravitropisme akar dalam beribu-ribu anak benih dan menggabungkan data itu dengan maklumat genetik untuk setiap anak benih. Hasilnya memetakan kemungkinan kedudukan gen gravitropisme dalam genom.
Peta itu membawa penyelidik ke kawasan kejiranan yang betul dalam genom - kawasan beberapa ratus gen - tetapi mereka masih jauh untuk mengenal pasti gen khusus untuk gravitropisme. Nasib baik, mereka mempunyai alat yang boleh membantu.
"Oleh kerana sebelum ini kami telah melakukan eksperimen yang sama dengan tumbuhan Arabidopsis yang jauh berkaitan, kami dapat memadankan gen dalam kawasan genom yang berkaitan dalam kedua-dua spesies. Ujian susulan mengesahkan identiti empat gen yang mengubah suai gravitropisme akar. Maklumat baharu boleh membantu kami memahami bagaimana graviti membentuk seni bina sistem akar, "kata Edgar Spalding, profesor di Jabatan Botani di Universiti Wisconsin dan pengarang utama kajian itu.
Matt Hudson, profesor di Jabatan Sains Tanaman di Universiti Illinois dan pengarang bersama kajian, menambah, "Kami melihat sifat yang kurang diteliti dalam jagung yang penting untuk beberapa sebab, terutamanya dalam konteks perubahan iklim. . Dan kami melakukannya dengan membuat perbezaan evolusi antara tumbuhan berfungsi memihak kepada kami.
Jagung dan Arabidopsis, sejenis sawi kecil yang diterangkan secara menyeluruh oleh ahli biologi tumbuhan, berkembang kira-kira 150 juta tahun dalam sejarah evolusi. Hudson menjelaskan bahawa walaupun kedua-dua spesies berkongsi fungsi tumbuhan asas, gen yang mengawalnya mungkin telah bercampur aduk dalam genom dari semasa ke semasa. Itu ternyata menjadi perkara yang baik untuk mengecilkan gen biasa.
Dalam spesies yang berkait rapat, gen cenderung berbaris dalam susunan yang lebih kurang sama dalam genom (cth, ABCDEF). Walaupun gen yang sama mungkin wujud dalam spesies yang berkait jauh, susunan gen di rantau yang dipetakan sifat tidak sepadan (cth, UGRBZ). Selepas penyelidik mengenal pasti tempat untuk melihat dalam setiap genom, urutan gen yang tidak sepadan menjadikan gen biasa (dalam kes B ini) muncul.
"Saya fikir ia sangat hebat bahawa kami boleh mengenal pasti gen yang kami tidak akan dapati sebaliknya hanya dengan membandingkan selang genomik dalam spesies tumbuhan yang tidak berkaitan," kata Hudson. "Kami cukup yakin bahawa mereka adalah gen yang betul apabila mereka keluar dari analisis ini, tetapi kumpulan Spalding kemudian menghabiskan tujuh atau lapan tahun lagi untuk mendapatkan data biologi pepejal untuk mengesahkan bahawa mereka benar-benar memainkan peranan dalam gravitropisme. Setelah melakukan itu, saya fikir kami telah mengesahkan keseluruhan pendekatan supaya pada masa hadapan, anda boleh menggunakan kaedah ini untuk banyak fenotip yang berbeza.
Spalding menyatakan bahawa kaedah itu mungkin berjaya terutamanya kerana pengukuran yang tepat dibuat dalam persekitaran yang sama.
"Selalunya, penyelidik jagung akan mengukur sifat minat mereka dalam bidang, manakala penyelidik Arabidopsis cenderung untuk menaikkan tumbuhan mereka dalam ruang pertumbuhan, " katanya. "Kami mengukur fenotip gravitropisme akar dengan cara yang sangat terkawal. Benih ini ditanam pada plat petri, dan ujian berlangsung hanya beberapa jam, berbanding dengan sifat yang mungkin anda ukur dalam dunia nyata yang terbuka kepada semua jenis kebolehubahan."
Walaupun sifat boleh diukur dalam persekitaran yang sama, tidak semua sifat menjadikan calon yang baik untuk kaedah ini. Para penyelidik menekankan ciri-ciri yang dipersoalkan harus menjadi asas kepada fungsi tumbuhan asas, memastikan gen purba yang sama wujud dalam spesies yang tidak berkaitan.
"Gravitropisme mungkin sangat bersetuju untuk mengkaji melalui pendekatan ini kerana ia akan menjadi kunci kepada pengkhususan asal pucuk dan akar selepas penjajahan tanah yang berjaya, " kata Spalding.
Hudson menyatakan gravitropisme akan menjadi kunci kepada penjajahan landskap yang berbeza, juga.
"NASA berminat untuk menanam tanaman di planet lain atau di angkasa dan mereka perlu tahu apa yang anda perlu membiak untuk melakukan itu," katanya. "Tumbuhan cukup hancur tanpa graviti."
Artikel, "Memanfaatkan ortologi dalam jagung dan Arabidopsis QTL untuk mengenal pasti gen yang mempengaruhi variasi semula jadi dalam gravitropisme," diterbitkan dalam Prosiding National Academy of Sciences [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Penyelidikan ini dibiayai oleh Yayasan Sains Kebangsaan.
Jabatan Sains Tanaman berada di Kolej Sains Pertanian, Pengguna dan Alam Sekitar di Universiti Illinois Urbana-Champaign.
Suatu punca: https://www.sciencedaily.com