Водяная конопля и амарант Палмера, два агрессивных сорняка, которые угрожают запасам продовольствия в Северной Америке, все труднее уничтожить с помощью имеющихся в продаже гербицидов. Новый подход, известный как генетический контроль, однажды может снизить потребность в этих химических веществах. Теперь ученые стали на шаг ближе.
В исследовании, опубликованном сегодня в Weed Science, исследователи из Университета Иллинойса определили генетические сигнатуры, которые отличают мужские растения водяной конопли и амаранта Палмера от женских. Открытие является важной частью разработки системы генетического контроля вредных сорняков.
Цель исследователей состоит в том, чтобы когда-нибудь внедрить генетически модифицированные мужские растения в популяцию для спаривания с дикими самками. Модифицированные мужские растения будут содержать генный драйв, сегмент ДНК, кодирующий мужское начало, который будет передаваться всем своим потомкам, их потомкам и так далее. В конечном счете, все растения в данной популяции станут мужскими, размножение прекратится, и популяции исчезнут.
Это спорная стратегия, но Пэт Транел, ученый U of I, возглавляющий проект, говорит, что они все еще находятся на очень ранних стадиях.
«Важно подчеркнуть, что мы не собираемся выпускать генетически модифицированную водяную коноплю и Палмер. Мы проводим фундаментальные исследования, которые могут помочь нам понять, как мы можем это сделать», - говорит Транел, профессор и заместитель главы отдела. Науки о растениеводстве в Колледже сельскохозяйственных, потребительских и экологических наук Университета I.
Он добавляет, что команда не нашла конкретный ген или гены мужского пола ни у одного из видов. Вместо этого они идентифицировали небольшие генетические последовательности, связанные с мужской областью, предположительно на определенной хромосоме. Они думают, что конкретный ген (гены) мужского пола находится где-то в этом регионе.
В ходе исследования исследователи выращивали по 200 растений каждого вида и пола, затем извлекали ДНК и определяли, являются ли какие-либо последовательности уникальными для данного пола.
«Мы обнаружили последовательности, присутствующие у самцов водяной конопли и Палмера, которые не были обнаружены у самок, но не обнаружили специфических для самок последовательностей. Затем мы взяли известных самцов из других популяций и искали последовательности - они были там», - говорит Транел.. «Наши последовательности не только сработали, но и подтвердили, что гетерогаметным полом у этих растений являются мужские особи», - говорит Транел.
У людей мужчины имеют X- и Y-хромосому, а мужские гаметы, сперматозоиды, вносят свой вклад либо в X, либо в Y в следующее поколение. У самок две Х-хромосомы, и каждая яйцеклетка несет Х. Самцы гетерогаметны; самки, гомогаметные. Точно так же мужские растения водяной конопли и амаранта Палмера производят пыльцу либо с мужской областью Y, либо без нее.
«Тот факт, что самцы являются гетерогаметным полом, предполагает, что мужское начало является доминирующим. Это хорошо, поскольку легче контролировать признак (мужской род), если ген этого признака является доминантным», - объясняет Транел. «Когда мы подойдем к определению конкретных генов мужского пола, они станут очевидной мишенью для генного драйва, с помощью которого вы сможете распространить этот ген мужского пола в популяции».
Тем временем, однако, наличие набора генетических последовательностей, которые могут точно идентифицировать мужские особи перед цветением, может помочь исследователям лучше понять биологию растений и их реакцию на окружающую среду. Например, Транел говорит, что открытие может помочь определить, способны ли сорняки менять пол при определенных условиях или один пол более чувствителен к гербицидам. Обе концепции были предложены в предыдущих исследованиях или в отдельных отчетах.
В дополнение к этим основным вопросам, команда Tranel сейчас работает над тем, чтобы найти иголку в стоге сена: ген мужественности в пределах мужского региона. Когда они его найдут, потребуется время, прежде чем генетический контроль водяной конопли и амаранта Палмера станет реальностью. И даже в этом случае Транел говорит, что по-прежнему важно использовать все инструменты из набора инструментов для борьбы с сорняками.
«Я бы никогда не подумал, что это заменит все наши другие стратегии», - говорит он. «Но очень круто представить это как часть решения».