Речь идет об амаранте Палмера и щирице бугорчатой. Ученые считают, что природный механизм, обеспечивающий генетическое разнообразие для этих сорных растений, является ключом к борьбе с ними

Исследователи из Университета Иллинойса приближаются к открытию мужских генов у щирицы бугорчатой и щирицы Палмера, двух самых опасных сельскохозяйственных сорняков в США.

Обнаружение генов позволит применять новые методы «генетического контроля» для сорняков, которые во многих местах больше не реагируют на гербициды.

«Если бы мы знали, какие гены контролируют мужское начало, и мы могли бы заставить эти гены размножаться в популяции, то каждое растение в поле было бы мужским через несколько поколений, и теоретически популяция погибла бы», - говорит Пэт Транель, профессор и доцент из Департамента растениеводства Иллинойского университета и ведущий автор исследования.

Транель вместе с коллегами ранее идентифицировали молекулярные маркеры, связанные с мужской геномной областью сорняков, и теперь находятся в пределах 120-150 генов до нахождения своей конечной 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 пришлось угадывать, я бы сказал, что, наверное, 10 из них действительно делают нечто важное».

Сужение генов, связанных с полом в этих сорняках, не только имеет практическое значение для борьбы, но научная работа также проливает свет на феномен раздельнополости у щирицы - мужские и женские половые органы у отдельных особей - в более общем плане.

Подавляющее большинство животных раздельнополы, но у растений это встречается редко. Более чем у 90% цветковых растений оба половых органа принадлежат одному и тому же растению, а зачастую и одному цветку.

Однако, щирица бугорчатая и Палмера раздельнополы.

Диоэзия - один из природных механизмов, который исключает самооплодотворение и способствует ауткроссингу, означает, что растение не может самоопыляться; вместо этого женские гаметы должны быть оплодотворены мужской пыльцой другого растения. Таким образом обеспечивается генетическое разнообразие в популяции. И это, вероятно, и сделало щирицу бугорчатую и амарант Палмера такими успешными в предотвращении пагубного воздействия нескольких гербицидов.

«На сегодняшний день у данных сорняков выработалась устойчивость к гербицидам, охватывающим семь и восемь способов действия соответственно. Двудомное размножение приводит к тому, что все эти признаки устойчивости смешиваются и совпадают у отдельных особей. Такое смешение позволило популяциям обоих видов выработать комбинированную устойчивость. Поэтому остается мало эффективных гербицидов», поясняет Транель.

Понимание механизма двудомности у растений может помочь ученым понять, как черты наследуются от каждого родителя, и понять, как это явление развивается.

В отличие от животных, у которых раздельнополость, как считается, возникла только однажды, ученые полагают, что двудомность у растений развивалась много раз. И, согласно исследованию, по-видимому, развивалась независимо развился у щирицы бугорчатой и амаранта Палмера, двух очень близких видов.

«Пока нельзя сказать, что мы абсолютно знаем, что двудомность развивалась отдельно, но вся информация, которую мы нашли, поддерживает эту идею. Только два из 120–150 генов были похожи друг на друга у двух видов», - говорит Транель.

Один из этих общих генов, флориген, помогает растениям реагировать на длину светового дня, инициируя цветение. Транель еще не знает, определяет ли он пол цветков, но тем не менее, флориген обнаружился в специфической для мужского рода области Y для обоих видов.

«Мы не знаем наверняка, но, возможно, это связано с тем, что мужские растения цветут раньше, чем женские. Для мужских растений выгодно, потому что тогда они будут сбрасывать пыльцу, когда первые женские растения станут восприимчивыми. Действительно, раздельнополость у щирицы бугорчатой и Палмера развивалась отдельно, но оба растения приобрели этот флориген для улучшения приспособленности, что является примером параллельной эволюции», объясняет исследователь.

Транель надеется еще больше сузить специфичную область Y у обоих видов, чтобы выделить гены, определяющие мужской пол.

Нет никакой гарантии, что решение для генетического контроля будет разработано после того, как эти гены будут идентифицированы. Вероятно, потребуется привлечь отраслевых партнеров, однако, наличие такого инструмента в будущем вполне реально.

Статья «Специфические мужские области Y-хромосомы у водяной конопли (Amaranthus tuberculatus) и амаранта Палмера (Amaranthus palmeri)» опубликована в журнале New Phytologist.

Среди авторов - Джейкоб Монтгомери, Дарси Джакомини и Пэт Транель из Университета Иллинойса, а также Детлеф Вейгель из Института биологии развития Макса Планка.

Проект был поддержан Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США и Обществом Макса Планка.

(Источник: www.eurekalert.org. Лорен Д. Куинн, Иллинойский университет).