Welkom bij
Moderne landbouw
!
Wetenschappers komen dichter bij het vinden van de genen voor mannelijkheid in waterhennep en Palmer-amarant, twee van de meest lastige agrarische onkruiden in de VS.
Het vinden van de genen zou nieuwe 'genetische controle'-methoden voor het onkruid mogelijk kunnen maken, die, op veel plaatsen, niet meer reageren op herbiciden. Waterhemp en Palmer amarant zijn tweehuizig, wat betekent dat ze zowel mannelijke als vrouwelijke planten hebben.
“Als we wisten welke genen mannelijkheid controleren en we zouden die genen binnen de populatie kunnen laten vermenigvuldigen, elke plant in het veld zou na een paar generaties een mannetje zijn, en theoretisch, de bevolking zou crashen, " zegt Pat Tranel, een onkruidwetenschapper van de Universiteit van Illinois en hoofdauteur van een onderzoek in Nieuwe fytoloog.
Tranel en zijn collega's hadden eerder moleculaire markers geïdentificeerd die verband houden met het mannelijke genoomgebied. Na het sequencen van mannelijke genomen, de onderzoekers waren in staat om die markers te gebruiken om in te zoomen op de mannelijke specifieke regio. Nutsvoorzieningen, ze zijn binnen 120 tot 150 genen om hun doelwit te vinden.
“We zijn ervan overtuigd dat de meeste van die ongeveer 120 genen waarschijnlijk niets doen. Het zijn gewoon dingen die zich ophopen in dat gebied van het genoom, ', zegt Tranel. “Als ik moest raden, Ik zou zeggen dat misschien 10 van hen daadwerkelijk iets relevants doen.
Het verkleinen van de geslachtsgerelateerde genen in deze onkruiden zou praktische waarde kunnen hebben voor de bestrijding, maar de studie werpt ook licht op het fenomeen van tweeslachtigheid - mannelijke en vrouwelijke geslachtsorganen op afzonderlijke individuen - meer in het algemeen. De overgrote meerderheid van de dieren is tweehuizig, maar het is zeldzaam in planten. Meer dan 90% van de bloeiende planten heeft beide geslachtsorganen op hetzelfde individu, en vaak binnen dezelfde bloem. Waterhemp en Palmer amarant, echter, zijn tweehuizig.
Tweeledigheid betekent dat het voor een plant onmogelijk is om zichzelf te bestuiven; in plaats daarvan, vrouwelijke gameten moeten worden bevrucht door mannelijk stuifmeel van een andere plant. Dat is een goede zaak om de genetische diversiteit in een populatie te waarborgen. En het is waarschijnlijk wat waterhennep en Palmer-amarant zo succesvol heeft gemaakt in het ontwijken van de schadelijke effecten van meerdere herbiciden.
"Daten, waterhemp en Palmer amarant hebben resistentie ontwikkeld tegen herbiciden die zeven tot acht werkingsmechanismen omvatten, respectievelijk. Tweehuizige reproductie resulteert erin dat al deze weerstandskenmerken binnen individuen worden gemengd en gematcht. Door deze vermenging konden populaties van beide soorten meerdere herbicideresistenties combineren, waardoor producenten weinig effectieve herbicidekeuzes hebben, ', zegt Tranel.
Door het zeldzame fenomeen van tweeslachtigheid in planten te begrijpen, kunnen wetenschappers samenvatten hoe eigenschappen van elke ouder worden geërfd, en om te begrijpen hoe het fenomeen evolueert.
Anders dan bij dieren, waarin men denkt dat tweeslachtigheid slechts één keer is geëvolueerd, wetenschappers geloven dat tweeslachtigheid in planten vele malen is geëvolueerd. En, volgens de studie van Tranel, het lijkt onafhankelijk te zijn geëvolueerd in waterhennep en Palmer amarant, twee zeer nauw verwante soorten.
"Ik ben niet klaar om te zeggen dat we absoluut weten dat ze afzonderlijk zijn geëvolueerd, maar alle informatie die we hebben gevonden ondersteunt dat idee. Slechts twee van de 120-150 genen leken op elkaar in de twee soorten, ', zegt Tranel.
Een van die gedeelde genen, Florigen, helpt planten te reageren op de daglengte door de bloei in gang te zetten. Tranel weet nog niet of het het geslacht van bloemen bepaalt, maar hij is geïntrigeerd dat het voor beide soorten opdook in het mannelijk-specifieke Y-gebied.
“We weten het niet zeker, maar misschien heeft het te maken met mannetjes die eerder bloeien dan vrouwtjes. Dat zou voordelig kunnen zijn voor mannetjes, omdat ze dan stuifmeel zouden afstoten wanneer de eerste vrouwtjes ontvankelijk worden. Dus indien, in feite, Palmer en waterhemp evolueerden echt apart van tweeën, maar beiden verwierven dit Florigen-gen voor een fitnessvoordeel, dat zou een mooi voorbeeld zijn van parallelle evolutie.”
Tranel hoopt het mannelijk-specifieke Y-gebied in beide soorten nog verder te verkleinen om de genen te isoleren die mannelijkheid bepalen. Er is geen garantie dat er een oplossing voor genetische controle zal worden ontwikkeld zodra die genen zijn geïdentificeerd - Tranel zou daarvoor waarschijnlijk industriële partners moeten aantrekken - maar het hebben van een dergelijk hulpmiddel is niet zo ver weg als het ooit was.
Het artikel, Man-specifieke Y-chromosomale gebieden in waterhennep (Amaranthus tuberculatus) en Palmer-amarant (Amaranthus palmeri), is gepubliceerd in Nieuwe fytoloog.
Auteurs zijn onder meer Jacob Montgomery, Darci Giacomini, en Pat Tranel van de Universiteit van Illinois, en Detlef Weigel van het Max Planck Instituut voor Ontwikkelingsbiologie. Het project werd ondersteund door het USDA National Institute of Food and Agriculture en de Max Planck Society.
