Γονίδιο που ανακαλύφθηκε σημαντικό για την παραγωγή κλωνικών σπόρων από φυτά καλλιεργειών


Γονίδιο που ανακαλύφθηκε σημαντικό για την παραγωγή κλωνικών σπόρων από φυτά καλλιεργειών

Αναπαυόμενο ωάριο σε εμβρυϊκό σάκο σε σεξουαλικά αναπαραγόμενη πικραλίδα, που περιμένει να γονιμοποιηθεί. Πίστωση: Πανεπιστήμιο Wageningen

Ερευνητές από το KeyGene και το Wageningen University & Research (WUR), σε συνεργασία με συναδέλφους από την Ιαπωνία και τη Νέα Ζηλανδία, ανακάλυψαν ένα γονίδιο που θα καταστήσει δυνατή την παραγωγή σπόρων από καλλιέργειες που είναι γενετικά πανομοιότυπες με το μητρικό φυτό και που δεν χρειάζονται επικονίαση .


Αυτό το φαινόμενο, που ονομάζεται apomixis, δίνει τη δυνατότητα στα φυτά με έναν επιθυμητό συνδυασμό χαρακτηριστικών να παράγουν πολλούς απογόνους με τον ίδιο επιθυμητό συνδυασμό ως το μητρικό φυτό. Μαζί με ερευνητές από την ιαπωνική εταιρεία αναπαραγωγής Takii και το New Zealand’s Plant & Food Research και το Πανεπιστήμιο Lincoln, οι ερευνητές του KeyGene και του WUR εξηγούν στο Nature Genetics πώς λειτουργεί το γονίδιο και ο τρόπος που επηρέασε το έργο του «πατέρα της γενετικής» Γκρέγκορ Μέντελ. Η ανακάλυψη αναμένεται να οδηγήσει σε σημαντικές καινοτομίες στην εκτροφή φυτών τα επόμενα χρόνια.

Το γονίδιο που βρέθηκε έλαβε το όνομα PAR, συντομευμένο από την παρθενογένεση, τη διαδικασία κατά την οποία το ωάριο αναπτύσσονται σε έμβρυα φυτών χωρίς γονιμοποίηση του . Η ανακάλυψη σηματοδοτεί μια οριστική ανακάλυψη και επιστέφει το έργο της ερευνητικής ομάδας που ξεκίνησε στο KeyGene πριν από περισσότερα από 15 χρόνια.

Καινοτομία στη γεωργία

Η Απομίξη θεωρείται το ιερό δισκοπότηρο της γεωργίας. Επειδή τα απομικτικά φυτά παράγουν «κλωνικούς» σπόρους από το , η διαδικασία επιτρέπει σε μοναδικά ανώτερους συνδυασμούς χαρακτηριστικών ενός φυτού να αποτυπωθούν με μια πτώση. Ως εκ τούτου, το Apomixis μπορεί να επιταχύνει την αναπαραγωγή καινοτόμων καλλιεργειών, να κάνει την παραγωγή σπόρων λιγότερο δαπανηρή και να προσφέρει τα πλεονεκτήματα της υβριδικής αναπαραγωγής σε πολλά περισσότερα από τα είδη καλλιεργειών στον κόσμο.

Ενώ η σημασία του apomixis για τη γεωργία έχει αναγνωριστεί από καιρό, δεν έχει ακόμη εισαχθεί με επιτυχία στην πρακτική αναπαραγωγής φυτών. Το 2018 ανακαλύφθηκε ένα γονίδιο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρθενογένεση στο ρύζι, αλλά οι επιστήμονες γνωρίζουν τώρα ότι αυτό το γονίδιο, δυστυχώς, δεν λειτουργεί έξω από τα χόρτα.

Δεκαπέντε χρόνια έρευνας

Μια ομάδα επιστημόνων από την ερευνητική εταιρεία KeyGene στην Ολλανδία άρχισε να αποκαλύπτει τη γενετική πίσω από την απομίξη στις αρχές της δεκαετίας του 2000. Από την αρχή η ιδέα ήταν ότι η εύρεση των γονιδίων θα μπορούσε να σημαίνει μια σημαντική ανακάλυψη για τη χρήση του apomixis στις καλλιέργειες. Το 2016, η ομάδα του KeyGene έγινε η πρώτη που ανακάλυψε το γονίδιο DIP, το γονίδιο για τη διπλοσπορία, το οποίο είναι ένα από τα δύο στάδια που εμπλέκονται στην απομίξη.

Το γονίδιο DIP διασφαλίζει ότι ο αριθμός των χρωμοσωμάτων δεν μειώνεται στο μισό κατά τον σχηματισμό των ωαρίων. Το άλλο κρίσιμο βήμα στην απομίξη είναι ότι αυτό το ωάριο με αυτόν τον κανονικό αριθμό χρωμοσωμάτων αρχίζει να διαιρείται χωρίς γονιμοποίηση και μεγαλώνει σε έμβρυο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται παρθενογένεση. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές του KeyGene άρχισαν να αναζητούν το γονίδιο PAR και συμμετείχαν σε αυτήν την έρευνα την ομάδα Biosystematics του Wageningen University & Research.

Πικραλίδα

Η ομάδα χρησιμοποίησε την πικραλίδα στην έρευνά της, ένα από τα περίπου 400 είδη άγριων φυτών που είναι γνωστό ότι αναπαράγονται με apomixis. Το γονίδιο PAR διασφαλίζει ότι τα κύτταρα ωαρίων εξελίσσονται σε φυτικό έμβρυο χωρίς να πραγματοποιείται γονιμοποίηση. Οι ερευνητές του KeyGene απέδειξαν ότι το γονίδιο PAR είναι ενεργό στη γύρη.

Το ωάριο ξεγελάστηκε

Στην ομάδα Biosystematics του Wageningen University & Research ανακαλύφθηκε ότι το γονίδιο PAR είναι συνήθως ανενεργό στα ωάρια. Το γονίδιο PAR κανονικά γίνεται ενεργό μόνο στο ωάριο μετά τη γονιμοποίηση, στη συνέχεια διαιρείται για να δημιουργήσει ένα φυτικό έμβρυο. Στα αυγά των φυτών πικραλίδας που σχηματίζουν σπόρους μέσω της απομίξης, το γονίδιο PAR αποδείχθηκε ότι ήταν «ενεργοποιημένο» πριν από τη γονιμοποίηση. Με άλλα λόγια, αυτά τα ωάρια «νομίζουν» ότι έχουν γονιμοποιηθεί και αρχίζουν να διαιρούνται χωρίς να έχει γίνει γονιμοποίηση.

Μέντελ

Στη Νέα Ζηλανδία, τα γονίδια παρθενογένεσης μελετώνται επίσης από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Λίνκολν και στην Έρευνα Φυτών & Τροφίμων. Η έρευνά τους επικεντρώνεται στο αγριόχορτο, ένα γένος φυτών που ο Γκρέγκορ Μέντελ μελέτησε εκτενώς. Στα μέσα του 1800, ο Μέντελ σημείωσε ότι οι χαρακτήρες των φυτών κληρονομήθηκαν διαφορετικά στον αρακά και το γεράκι, αλλά δεν ήταν σε θέση να εξηγήσει γιατί. Γνωρίζουμε τώρα ότι αυτό συμβαίνει επειδή τα μπιζέλια αναπαράγονται σεξουαλικά ενώ τα γεράκια αναπαράγονται με apomixis.

Τα Hawkweeds και η πικραλίδα ανήκουν στην ίδια φυτική οικογένεια, έτσι οι ερευνητές της Νέας Ζηλανδίας συνέκριναν το γονίδιο PAR με τα γονίδια του γερακιού και ανακάλυψαν κάτι που οι ερευνητές του KeyGene είχαν παρατηρήσει και στις πικραλίδες: ενώ όλα τα φυτά περιέχουν γονίδια PAR, τα φυτά με apomixis είχαν ένα επιπλέον κομμάτι DNA στο γονίδιο. Αυτό το επιπλέον κομμάτι DNA φαινόταν να βρίσκεται σχεδόν στην ίδια θέση στο αγριόχορτο όπως και στην πικραλίδα, παρόλο που τα φυτά πιστεύεται ότι έχουν χωριστεί από έναν κοινό πρόγονο πριν από περισσότερα από 13 εκατομμύρια χρόνια.

Γονίδια άλματος

Περαιτέρω ανάλυση αποκάλυψε ότι το επιπλέον κομμάτι DNA ήταν ένα λεγόμενο τρανσποζόνιο: ένα κομμάτι DNA που μπορεί να «πηδήσει» μέσα στο DNA του φυτού. Στο Hawkweed και στην πικραλίδα το τρανσποζόνιο τοποθετείται στον υποκινητή, την περιοχή του PAR που ρυθμίζει τη δραστηριότητα του γονιδίου. Οι ερευνητές τώρα υποθέτουν ότι αυτά τα γονίδια άλματος κατέληξαν στον υποκινητή του γονιδίου PAR ανεξάρτητα και στα δύο είδη φυτών και ότι πρόκειται για περίπτωση παράλληλης εξέλιξης.

Τώρα στις καλλιέργειες

Ένα σημαντικό ερώτημα παρακολούθησης είναι εάν το γονίδιο PAR από την πικραλίδα και η νέα γνώση σχετικά με τη γενετική πίσω από την απομίξη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναπαραγωγή καλλιεργειών με γενετικά ανώτερους σπόρους.

Αν και τα περισσότερα φυτά δεν χρησιμοποιούν apomixis, τα περισσότερα έχουν γονίδια που είναι εντυπωσιακά παρόμοια με το γονίδιο PAR καθώς και με το γονίδιο DIP της πικραλίδας που βρέθηκε παλαιότερα. Αυτό υποδηλώνει ότι το apomixis λειτουργεί φυσικά ως τροποποίηση της φυσιολογικής σεξουαλικής αναπαραγωγής και, επομένως, δυνητικά επίσης ότι το apomixis θα μπορούσε να εφαρμοστεί ευρέως στην καινοτόμο γεωργία χρησιμοποιώντας σύγχρονα εργαλεία όπως η γονιδιακή επεξεργασία.

Οι ερευνητές του KeyGene έχουν ήδη ξεκινήσει αυτήν την εργασία. Σε πρόσφατη έρευνα, μαζί με επιστήμονες του Takii Seed, κατάφεραν να δείξουν ότι το γονίδιο PAR μπορεί να προκαλέσει παρθενογένεση τόσο στο μαρούλι όσο και στον ηλίανθο, φέρνοντας την προοπτική απομίξης στις καλλιέργειες ακόμη ένα βήμα προς τα εμπρός.


Φυτά ρυζιού που αναπτύσσονται ως κλώνοι από σπόρους


Περισσότερες πληροφορίες:
Ο Eric Schranz, ένα αλληλόμορφο της παρθενογένεσης από την απομικτική πικραλίδα μπορεί να προκαλέσει διαίρεση ωαρίων χωρίς γονιμοποίηση στο μαρούλι, Nature Genetics (2022). DOI: 10.1038 / s41588-021-00984-y. www.nature.com/articles/s41588-021-00984-y

Παρέχεται από
Πανεπιστήμιο Wageningen

Παραπομπή: Ανακαλύφθηκε γονίδιο ζωτικής σημασίας για την παραγωγή κλωνικών σπόρων από φυτά καλλιεργειών (2022, 6 Ιανουαρίου) ανακτήθηκε στις 7 Ιανουαρίου 2022 από https://phys.org/news/2022-01-gene-crucial-crop-clonal-seeds.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *