URBANA, Ill. - Els científics s’acosten cada vegada més a la cerca de gens per a la malesa al cànem aquàtic i l’amarant Palmer, dues de les males herbes agrícoles més problemàtiques als EUA.
Trobar els gens podria permetre nous mètodes de "control genètic" per a les males herbes, que, en molts llocs, ja no responen als herbicides.
"Si sabéssim quins gens controlen la masculinitat i podríem fer que aquests gens proliferessin a la població, totes les plantes del camp serien un mascle després d'unes quantes generacions i, teòricament, la població s'estavellaria", diu Pat Tranel, professor i cap associat al Departament de Ciències de les Cultius al Universitat d'Illinois i autor principal en un estudi a Nou fitòleg.
Tranel i els seus col·legues havien identificat prèviament marcadors moleculars associats a la regió genòmica masculina. Després seqüenciació de genomes masculins de males herbes per a ambdues espècies, els investigadors van poder utilitzar aquests marcadors a zero a la regió específica del mascle. Ara, es troben entre 120 i 150 gens en trobar el seu objectiu.
"Estem segurs que la majoria d'aquests aproximadament 120 gens probablement no fan res. Només són coses que s’acumulen en aquesta regió del genoma ”, diu Tranel. "Si hagués d'endevinar, diria que potser deu d'ells estan fent alguna cosa rellevant".
La reducció dels gens relacionats amb el gènere en aquestes males herbes podria tenir un valor pràctic per al control, però l’estudi també aporta llum sobre el fenomen de la dioècia (òrgans sexuals masculins i femenins en individus separats) de manera més general. La gran majoria dels animals són dioics, però és rar en les plantes. Més del 90% de les plantes amb flors tenen els dos òrgans sexuals sobre el mateix individu, i sovint dins de la mateixa flor.
El cànem aquàtic i l’amarant de Palmer, però, són dioics.
Dioecy vol dir que és impossible que una planta s’autopol·linitzi; en canvi, els gàmetes femenins han de ser fecundats pel pol·len masculí d’una altra planta. Això és bo per garantir la diversitat genètica en una població. I és probable que el que hagi fet que el cànem aquàtic i l’amarant Palmer tinguessin tant èxit en eludir els efectes perjudicials de múltiples herbicides.
“Fins ara, el cànem aquàtic i l’amarant Palmer han desenvolupat la resistència als herbicides que abasten set i vuit modes d’acció, respectivament. La reproducció dioica provoca que tots aquests trets de resistència es combinin i es combinin en els individus. Aquesta barreja ha permès a les poblacions d'ambdues espècies combinar múltiples resistències d'herbicides, deixant als productors poques opcions d'herbicides efectives ", diu Tranel.
La comprensió del rar fenomen de la dioica a les plantes pot ajudar els científics a reunir com s’hereten els trets de cada pare i a entendre com evoluciona el fenomen.
A diferència dels animals, en els quals es creu que la dioica ha evolucionat una sola vegada, els científics creuen que la dioica en les plantes ha evolucionat nombroses vegades. I, segons l'estudi de Tranel, sembla que ha evolucionat independentment en el cànem aquàtic i l'amarant Palmer, dues espècies molt relacionades.
“No estic disposat a dir que sabem absolutament que van evolucionar per separat, però tota la informació que hem trobat dóna suport a aquesta idea. Només dos dels 120-150 gens eren similars entre si a les dues espècies ", diu Tranel.
Un d’aquests gens compartits, Florigen, ajuda les plantes a respondre a la durada del dia iniciant la floració. Tranel encara no sap si determina el gènere de les flors, però està intrigat que aparegués a la regió Y específica del mascle per a ambdues espècies.
“No ho sabem del cert, però potser està relacionat amb els mascles que floreixen abans que les femelles. Això podria ser avantatjós per als mascles, ja que deixarien de pol·len quan les primeres femelles es tornessin receptives. Per tant, si, de fet, Palmer i waterhemp realment evolucionessin per dioecia per separat, però tots dos adquirissin aquest gen Florigen per obtenir un avantatge de forma física, aquest seria un bon exemple d’evolució paral·lela ”.
Tranel espera reduir encara més la regió Y específica del mascle en ambdues espècies per aïllar els gens que determinen la masculinitat. No hi ha cap garantia que es desenvolupi una solució de control genètic un cop s’identifiquin aquests gens (és probable que Tranel hagi d’atraure socis de la indústria per a això), però disposar d’aquesta eina no està tan lluny com abans.
L’article, “Regions cromosòmiques Y específiques per a homes al cànem aquàtic (Amaranthus tuberculatus) i Palmer amaranth (Amaranthus palmeri) ", Es publica a Nou fitòleg [DOI: 10.1111 / nph.17108]. Entre els autors hi ha Jacob Montgomery, Darci Giacomini i Pat Tranel de la Universitat d’Illinois i Detlef Weigel de l’Institut Max Planck de Biologia del Desenvolupament. El projecte va comptar amb el suport de USDA Institut Nacional d’Alimentació i Agricultura i la Societat Max Planck.
El Departament de Ciències de les Cultius es troba a la Facultat de Ciències Agràries, del Consumidor i del Medi Ambient al Ciència de les males herbes a Illinois.