URBANA, Ill. - นักวิทยาศาสตร์กำลังเข้าใกล้การค้นหายีนสำหรับความเป็นชายใน waterhemp และ Palmer amaranth ซึ่งเป็นวัชพืชทางการเกษตรที่มีปัญหามากที่สุดสองชนิดในสหรัฐฯ
การค้นหายีนสามารถเปิดใช้วิธีการ "ควบคุมพันธุกรรม" แบบใหม่สำหรับวัชพืชซึ่งในหลาย ๆ แห่งไม่ตอบสนองต่อสารเคมีกำจัดวัชพืชอีกต่อไป
“ ถ้าเรารู้ว่ายีนใดควบคุมความเป็นชายและเราสามารถทำให้ยีนเหล่านั้นแพร่กระจายภายในประชากรได้พืชทุกชนิดในทุ่งนาจะเป็นเพศชายหลังจากนั้นไม่กี่ชั่วอายุคนและในทางทฤษฎีประชากรก็จะพังทลาย” Pat Tranel ศาสตราจารย์และหัวหน้ารองกล่าว ใน ภาควิชาพืชศาสตร์ ที่ มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ และเป็นผู้เขียนนำการศึกษาใน Phytologist ใหม่.
Tranel และเพื่อนร่วมงานของเขาเคยระบุเครื่องหมายโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับบริเวณจีโนมของเพศชาย หลังจาก การจัดลำดับจีโนมของวัชพืชตัวผู้ สำหรับทั้งสองสายพันธุ์นักวิจัยสามารถใช้เครื่องหมายเหล่านี้เป็นศูนย์ในภูมิภาคเฉพาะของตัวผู้ ตอนนี้พวกมันอยู่ในช่วง 120 ถึง 150 ยีนในการค้นหาเป้าหมาย
“ เรามั่นใจว่ายีนส่วนใหญ่ 120 ยีนเหล่านี้อาจไม่ได้ทำอะไรเลย มันเป็นเพียงสิ่งที่สะสมอยู่ในบริเวณนั้นของจีโนม” Tranel กล่าว “ ถ้าให้เดาฉันอาจบอกได้ว่าพวกเขา 10 คนกำลังทำอะไรบางอย่างที่เกี่ยวข้องจริงๆ”
การ จำกัด ยีนที่เกี่ยวข้องกับเพศในวัชพืชเหล่านี้ให้แคบลงอาจมีคุณค่าในทางปฏิบัติสำหรับการควบคุม แต่การศึกษายังชี้ให้เห็นถึงปรากฏการณ์ของอวัยวะเพศชายและเพศหญิงที่แยกจากกันในแต่ละบุคคลโดยทั่วไป สัตว์ส่วนใหญ่มีความแตกต่างกัน แต่พบได้ยากในพืช มากกว่า 90% ของพืชดอกมีอวัยวะเพศทั้งสองข้างในบุคคลเดียวกันและมักอยู่ในดอกไม้เดียวกัน
อย่างไรก็ตาม Waterhemp และ Palmer Amaranth มีความแตกต่างกัน
Dioecy หมายความว่าเป็นไปไม่ได้ที่พืชจะผสมเกสรด้วยตนเอง เซลล์สืบพันธุ์เพศเมียจะต้องได้รับการปฏิสนธิโดยเกสรตัวผู้จากพืชอื่นแทน นั่นเป็นสิ่งที่ดีสำหรับการรับรองความหลากหลายทางพันธุกรรมในประชากร และเป็นไปได้ว่าสิ่งที่ทำให้ Waterhemp และ Palmer amaranth ประสบความสำเร็จอย่างมากในการหลีกเลี่ยงผลกระทบที่เป็นอันตรายของสารเคมีกำจัดวัชพืชหลายชนิด
“ จนถึงปัจจุบันผักโขมวอเตอร์เฮมพ์และปาล์มเมอร์มีวิวัฒนาการในการต้านทานสารเคมีกำจัดวัชพืชซึ่งครอบคลุมโหมดการออกฤทธิ์เจ็ดและแปดรูปแบบตามลำดับ การแพร่พันธุ์ที่แตกต่างกันส่งผลให้ลักษณะการต่อต้านเหล่านี้ถูกผสมและจับคู่กันภายในตัวบุคคล การผสมนี้ทำให้ประชากรของทั้งสองชนิดสามารถรวมการต้านทานสารกำจัดวัชพืชหลายชนิดทำให้ผู้ผลิตมีตัวเลือกในการกำจัดวัชพืชที่มีประสิทธิภาพเพียงไม่กี่ตัว” Tranel กล่าว
การทำความเข้าใจเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่หายากของ dioecy ในพืชสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถรวบรวมลักษณะที่สืบทอดมาจากพ่อแม่แต่ละคนและเข้าใจว่าปรากฏการณ์มีวิวัฒนาการอย่างไร
แตกต่างจากในสัตว์ที่มีการคิดว่าดิโอซีมีวิวัฒนาการเพียงครั้งเดียวนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าไดโอซีในพืชมีวิวัฒนาการมาหลายครั้ง และจากการศึกษาของ Tranel พบว่ามีวิวัฒนาการอย่างอิสระใน waterhemp และ Palmer amaranth ซึ่งเป็นสองชนิดที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด
“ ฉันยังไม่พร้อมที่จะบอกว่าเรารู้ดีว่าพวกเขามีวิวัฒนาการแยกกัน แต่ข้อมูลทั้งหมดที่เราพบสนับสนุนแนวคิดนั้น มีเพียงยีน 120-150 สองยีนที่มีความคล้ายคลึงกันในทั้งสองสายพันธุ์” Tranel กล่าว
Florigen หนึ่งในยีนที่ใช้ร่วมกันเหล่านี้ช่วยให้พืชตอบสนองต่อความยาววันโดยการเริ่มออกดอก Tranel ยังไม่รู้ว่ามันกำหนดเพศของดอกไม้หรือไม่ แต่เขารู้สึกทึ่งที่มันปรากฏในภูมิภาค Y เฉพาะเพศผู้สำหรับทั้งสองสายพันธุ์
“ เราไม่ทราบแน่ชัด แต่อาจเกี่ยวข้องกับการที่ตัวผู้ออกดอกเร็วกว่าตัวเมีย นั่นอาจเป็นประโยชน์สำหรับผู้ชายเพราะพวกเขาจะหลั่งละอองเรณูเมื่อตัวเมียตัวแรกเปิดกว้าง ดังนั้นหากในความเป็นจริง Palmer และ Waterhemp มีวิวัฒนาการที่แตกต่างกันจริงๆ แต่ทั้งคู่ได้รับยีน Florigen นี้เพื่อประโยชน์ในการออกกำลังกายนั่นจะเป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของวิวัฒนาการแบบคู่ขนาน”
Tranel หวังที่จะ จำกัด ขอบเขต Y เฉพาะเพศชายในทั้งสองสายพันธุ์ให้แคบลงเพื่อแยกยีนที่กำหนดความเป็นชาย ไม่มีการรับประกันว่าจะมีการพัฒนาโซลูชันการควบคุมทางพันธุกรรมเมื่อมีการระบุยีนเหล่านั้น - Tranel น่าจะต้องดึงดูดพันธมิตรในอุตสาหกรรมเพื่อสิ่งนั้น แต่การมีเครื่องมือดังกล่าวไม่ไกลเท่าที่เคยเป็นมา
บทความเรื่อง“ บริเวณโครโมโซม Y เฉพาะเพศชายใน waterhemp (ดอกบานไม่รู้โรย) และดอกบานไม่รู้โรยปาล์มเมอร์ (Amaranthus Palmeri),” เผยแพร่ใน Phytologist ใหม่ [ดอย: 10.1111 / nph.17108]. ผู้เขียน ได้แก่ Jacob Montgomery, Darci Giacomini และ Pat Tranel จาก University of Illinois และ Detlef Weigel จาก Max Planck Institute for Developmental Biology โครงการได้รับการสนับสนุนโดย สถาบันอาหารและการเกษตรแห่งชาติ USDA และ Max Planck Society
ภาควิชาพืชศาสตร์อยู่ใน วิทยาลัยเกษตรศาสตร์ผู้บริโภคและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม ที่ วิทยาศาสตร์วัชพืชอิลลินอยส์.