Ученые приближаются к поиску генов мужественности у уотерхэмпа и амаранта Палмера, двух самых проблемных сельскохозяйственных сорняков в США. Поиск генов мог бы позволить использовать новые методы "генетического контроля" сорняков, которые во многих местах больше не реагируют на гербициды.

"Если бы мы знали, какие гены контролируют мужественность, и мы могли бы заставить эти гены размножаться в популяции, каждое растение в поле было бы мужским через несколько поколений, и теоретически популяция потерпела бы крах", - говорит Пэт Транел, профессор и доцент кафедры растениеводства в Университете Иллинойса и ведущий автор исследования в New Phytologist.

Транель и его коллеги ранее идентифицировали молекулярные маркеры, связанные с мужской геномной областью. После секвенирования мужских геномов для обоих видов исследователи смогли использовать эти маркеры, чтобы свести к нулю область, специфичную для мужчин. Теперь они находятся в пределах 120-150 генов от поиска своей цели.

"Мы уверены, что большинство из этих 120 или около того генов, вероятно, ничего не делают. Это просто материал, который накапливается в этой области генома", - говорит Транель. "Если бы мне нужно было угадать, я бы сказал, что, возможно, 10 из них действительно делают что-то важное."

Сужение генов, связанных с полом у этих сорняков, может иметь практическую ценность для контроля, но исследование также проливает свет на феномен диоэции-мужских и женских половых органов у отдельных особей—в более общем плане. Подавляющее большинство животных являются двудомными, но это редко встречается у растений. Более 90% цветущих растений имеют оба половых органа на одном и том же индивидууме, и часто в пределах одного цветка.

Уотерхемп и Палмер амарант, однако, являются двудомными. Диоэция означает, что растение не может самоопыляться; вместо этого женские гаметы должны быть оплодотворены мужской пыльцой другого растения. Это хорошо для обеспечения генетического разнообразия популяции. И это, вероятно, то, что сделало waterhemp и Palmer amaranth столь успешными в уклонении от пагубного воздействия многочисленных гербицидов.

"На сегодняшний день уотерхемп и Палмер амарант развили устойчивость к гербицидам, охватывающим семь и восемь способов действия, соответственно. Двудомное размножение приводит к тому, что все эти черты устойчивости смешиваются и сочетаются внутри особей. Это смешивание позволило популяциям обоих видов сочетать несколько видов устойчивости к гербицидам, оставляя производителям мало эффективных вариантов гербицидов", - говорит Транель.

Понимание редкого феномена двуполости у растений может помочь ученым собрать воедино то, как черты наследуются от каждого родителя, и понять, как этот феномен развивается.

В отличие от животных, у которых, как считается, диоэция развилась только один раз, ученые считают, что диоэция у растений эволюционировала много раз. И, согласно исследованию Транеля, он, по-видимому, эволюционировал независимо у уотерхема и Палмера амаранта, двух очень тесно связанных видов.

"Я не готов сказать, что мы абсолютно точно знаем, что они эволюционировали отдельно, но вся информация, которую мы нашли, поддерживает эту идею. Только два из 120-150 генов были похожи друг на друга у этих двух видов", - говорит Транель.

Один из этих общих генов, Флориген, помогает растениям реагировать на продолжительность дня, инициируя цветение. Транель еще не знает, определяет ли он пол цветов, но он заинтригован тем, что он появился в мужской специфической области Y для обоих видов.

- Мы точно не знаем, но, возможно, это связано с тем, что самцы цветут раньше, чем самки. Это может быть выгодно самцам, потому что тогда они будут сбрасывать пыльцу, когда первые самки станут восприимчивыми. Так что, если Палмер и уотерхемп действительно эволюционировали по отдельности, но оба приобрели этот ген Флоригена для преимущества в приспособленности, это был бы классный пример параллельной эволюции."

Транель надеется еще больше сузить область Y, специфичную для мужчин, у обоих видов, чтобы выделить гены, определяющие мужественность. Нет никакой гарантии, что решение для генетического контроля будет разработано, как только эти гены будут идентифицированы—Транелу, вероятно, придется привлечь для этого отраслевых партнеров,—но наличие такого инструмента не так далеко, как когда-то.

ИСТОЧНИК