URBANA, Illinois - Gli scienziati si stanno avvicinando alla ricerca dei geni della virilità nella canapa acquatica e nell'amaranto di Palmer, due delle erbacce agricole più problematiche negli Stati Uniti
La ricerca dei geni potrebbe consentire nuovi metodi di "controllo genetico" per le erbe infestanti, che, in molti luoghi, non rispondono più agli erbicidi.
"Se sapessimo quali geni controllano la mascolinità e potessimo far proliferare quei geni all'interno della popolazione, ogni pianta nel campo sarebbe un maschio dopo poche generazioni e, in teoria, la popolazione crollerebbe", afferma Pat Tranel, professore e capo associato nel Dipartimento di Scienze delle Colture alla University of Illinois e autore principale di uno studio in Nuovo Phytologist.
Tranel ei suoi colleghi avevano precedentemente identificato marcatori molecolari associati alla regione genomica maschile. Dopo sequenziamento dei genomi delle infestanti maschili per entrambe le specie, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare questi marcatori per concentrarsi sulla regione specifica del maschio. Ora, sono entro 120-150 geni dalla ricerca del loro obiettivo.
“Siamo fiduciosi che la maggior parte di quei circa 120 geni probabilmente non stanno facendo nulla. È solo roba che si accumula in quella regione del genoma ", dice Tranel. "Se dovessi indovinare, direi che forse 10 di loro stanno effettivamente facendo qualcosa di rilevante."
Restringere i geni legati al genere in queste infestanti potrebbe avere un valore pratico per il controllo, ma lo studio getta anche luce sul fenomeno della dioezia - organi sessuali maschili e femminili su individui separati - più in generale. La stragrande maggioranza degli animali è dioica, ma è raro nelle piante. Più del 90% delle piante da fiore ha entrambi gli organi sessuali sullo stesso individuo e spesso all'interno dello stesso fiore.
Waterhemp e Palmer amaranto, invece, sono dioici.
Dioecy significa che è impossibile per una pianta autoimpollinarsi; invece, i gameti femminili devono essere fecondati dal polline maschile di un'altra pianta. Questa è una buona cosa per garantire la diversità genetica in una popolazione. Ed è probabilmente ciò che ha reso Waterhemp e Palmer amaranto così efficaci nell'eludere gli effetti dannosi di più erbicidi.
“Ad oggi, Waterhemp e Palmer amaranto hanno sviluppato una resistenza agli erbicidi che abbraccia rispettivamente sette e otto modalità di azione. La riproduzione dioica fa sì che tutti questi tratti di resistenza siano mescolati e abbinati all'interno degli individui. Questa miscelazione ha permesso alle popolazioni di entrambe le specie di combinare più resistenze agli erbicidi, lasciando ai produttori poche scelte efficaci di erbicidi ", afferma Tranel.
Comprendere il raro fenomeno della dioezia nelle piante può aiutare gli scienziati a ricostruire come i tratti vengono ereditati da ciascun genitore e a capire come si evolve il fenomeno.
A differenza degli animali, in cui si pensa che la dioezia si sia evoluta solo una volta, gli scienziati ritengono che la dioezia nelle piante si sia evoluta numerose volte. E, secondo lo studio di Tranel, sembra essersi evoluto indipendentemente in canapa d'acqua e amaranto Palmer, due specie strettamente correlate.
“Non sono pronto a dire che sappiamo assolutamente che si sono evoluti separatamente, ma tutte le informazioni che abbiamo trovato supportano questa idea. Solo due dei 120-150 geni erano simili tra loro nelle due specie ", afferma Tranel.
Uno di quei geni condivisi, Florigen, aiuta le piante a rispondere alla lunghezza del giorno avviando la fioritura. Tranel non sa ancora se determina il sesso dei fiori, ma è incuriosito dal fatto che sia apparso nella regione Y specifica per il maschio per entrambe le specie.
“Non lo sappiamo con certezza, ma forse si tratta di maschi che fioriscono prima delle femmine. Ciò potrebbe essere vantaggioso per i maschi perché in tal caso spargerebbero polline quando le prime femmine diventerebbero ricettive. Quindi, se, in effetti, Palmer e waterhemp avessero davvero evoluto dioecy separatamente, ma entrambi acquisissero questo gene Florigen per un vantaggio in termini di fitness, quello sarebbe un bell'esempio di evoluzione parallela ".
Tranel spera di restringere ulteriormente la regione Y specifica per il maschio in entrambe le specie per isolare i geni che determinano la mascolinità. Non vi è alcuna garanzia che una soluzione di controllo genetico verrà sviluppata una volta identificati quei geni - Tranel probabilmente avrebbe bisogno di attrarre partner industriali per questo - ma avere uno strumento del genere non è così lontano come una volta.
L'articolo, "Regioni cromosomiche Y maschili specifiche in waterhemp (Amaranto tuberculatus) e Palmer amaranto (Amaranto palmeri), "È pubblicato in Nuovo Phytologist [DOI: 10.1111 / nph.17108]. Gli autori includono Jacob Montgomery, Darci Giacomini e Pat Tranel dell'Università dell'Illinois e Detlef Weigel del Max Planck Institute for Developmental Biology. Il progetto è stato supportato da Istituto nazionale per l'alimentazione e l'agricoltura dell'USDA e la Max Planck Society.
Il Dipartimento di Scienze delle Colture è in Facoltà di Scienze Agrarie, dei Consumatori e dell'Ambiente alla Scienza delle infestanti dell'Illinois.
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