伊利诺伊州乌尔班纳市–科学家们正在接近在美国最麻烦的两种农用杂草Waterhemp和Palmer mar菜中寻找雄性基因。
寻找基因可以为杂草提供新的“遗传控制”方法,该方法在许多地方不再对除草剂产生反应。
“如果我们知道哪些基因控制雄性,并且可以使这些基因在种群中繁殖,那么在田间种植的每一株植物在经过几代人之后都将是雄性,从理论上讲,种群将会崩溃,”教授兼副主任Pat Tranel说在里面 作物科学系 在 伊利诺伊大学 和主要作者在 New Phytologist.
Tranel和他的同事先前已经确定了与男性基因组区域相关的分子标记。 后 雄性杂草基因组测序 对于这两个物种,研究人员都能够使用这些标记在雄性特定区域将其归零。 现在,它们位于找到目标的120至150个基因内。
“我们相信这120多个基因中的大多数可能无所作为。 只是在基因组那个区域中积累的东西。” Tranel说。 “如果我不得不猜测,也许会说其中有10个实际上正在做一些有意义的事情。”
缩小这些杂草中与性别有关的基因可能对控制病情具有实际价值,但这项研究也更清楚地揭示了雌雄异体的现象-不同个体的男性和女性性器官。 绝大多数动物都是雌雄异体的,但在植物中却很少。 超过90%的开花植物在同一个个体上且通常在同一朵花中都具有两个性器官。
但是,沃特亨普和帕尔默a菜是雌雄异株。
雌雄同体意味着植物不可能自花授粉。 相反,雌配子必须由另一株植物的雄花粉施肥。 这对于确保人口的遗传多样性是一件好事。 这很可能使waterhemp和Palmer mar菜在避免多种除草剂的有害作用方面如此成功。
迄今为止,waterhemp和Palmer mar菜已发展出对除草剂的抗药性,分别跨越七个和八个作用方式。 雌雄异体的繁殖导致所有这些抗性特征在个体内混合和匹配。 这种混合使两种物种的种群都具有多种除草剂抗性,而生产者几乎没有有效的除草剂选择。” Tranel说。
了解植物中稀有的雌雄异株现象可以帮助科学家们弄清楚每个父母的性状是如何遗传的,并了解这种现象如何演变。
不同于认为雌二醇只发生过一次的动物,科学家们相信植物中的雌二醇已经进化了许多次。 而且,根据Tranel的研究,它似乎在Waterhemp和Palmer mar菜这两个密切相关的物种中独立进化。
“我还不想说我们绝对知道它们是分开发展的,但是我们发现的所有信息都支持这一想法。 120-150个基因中只有两个在这两个物种中彼此相似。
这些共有的基因之一,弗洛里根(Florigen),可以帮助植物通过启动开花来响应日长。 Tranel尚不知道它是否决定花的性别,但他对这两种花都出现在雄性特定的Y区域感兴趣。
“我们不确定,但也许它与雄性比雌性早开花有关。 这对雄性可能是有利的,因为当第一批雌性开始接受时,它们就会减少花粉。 因此,实际上,如果Palmer和waterhemp确实确实分别进化出了雌雄同体的进化论,但是都出于适应性优势而获得了Florigen基因,那将是并行进化的一个很好的例子。
Tranel希望缩小两个物种的雄性特异性Y区域,甚至进一步分离出确定雄性的基因。 一旦确定了这些基因,就无法保证将开发出遗传控制解决方案-Tranel可能需要为此吸引行业合作伙伴-但拥有这样一种工具与以前相比并不遥远。
文章“ waterhemp中雄性特定的Y染色体区域(mar菜)和Palmer mar菜(mar菜),刊登在 New Phytologist [DOI: 10.1111 / nph.17108]。 作者包括伊利诺伊大学的Jacob Montgomery,Darci Giacomini和Pat Tranel,以及马克斯·普朗克发育生物学研究所的Detlef Weigel。 该项目得到了 美国农业部国家粮食和农业研究所 和马克斯·普朗克学会。
作物科学系位于 农业,消费者与环境科学学院 在 伊利诺伊州杂草科学.