Naučnici koriste genetsku mutaciju kako bi ubrzali proces oplemenjivanja biljaka

Istraživači sa državnog univerziteta Iowa su možda riješili dugogodišnji izazov povezan s ubrzanim razvojem čistih genetskih linija.

Upotreba “duplo haploidne” (DH) genetike postala je jedna od osnovnih tehnologija na kojima se temelji moderni uzgoj kukuruza. Međutim, DH tehnologija ima izazove, ali i prednosti. Prvo, to zahtijeva stvaranje "haploidnih" biljaka koje nose samo jedan, majčinski genom. Pojedinačni genom haploidne biljke se zatim udvostručuje kroz a hemijski proces koji ubrzava razvoj genetski čistih inbred linija.

Jedno od glavnih uskih grla DH tehnologije je to što su haploidni muški cvjetovi obično sterilni. Ovaj problem zahtijeva izlaganje sadnica toksičnoj kemikaliji kolhicinu koja podstiče udvostručenje genoma i vraća plodnost muškim cvjetovima. Proces je radno i troškovno intenzivan.

Istraživanje objavljeno nedavno u Prirodne biljke dijeli vijesti o mutaciji koju su naučnici otkrili i koja obnavlja plodnost muškaraca u haploidima bez upotrebe kolhicina. Rad je vodio Siddique I. Aboobucker, naučnik u oblasti agronomije, sa Thomasom Lübberstedtom, Freyom predsjedavajućim za agronomiju i direktorom Raymond F. Baker Centra za oplemenjivanje biljaka, i bivšim diplomiranim studentom agronomije Liming Zhouom.

Oni su pokazali da iskorištavanje mutacija koje modificiraju pozicioniranje mehanizma vretena tokom faze reprodukcije biljaka poznate kao mejoza može vratiti mušku plodnost haploidnih biljaka.

Mehanizam vretena pomaže održavanju diobe stanica na pravom putu. Tokom normalne mejoze, u pravilnim "diploidnim" biljkama koje sadrže dva seta hromozoma, vretena su raspoređena u okomite parove koji se lako postavljaju. Kod haploidnih biljaka, hromozomi su nejednako raspoređeni tokom deobe ćelija, što dovodi do visokih stopa neplodnosti tokom narednih faza reprodukcije.

Kako bi riješio ovaj problem, Aboobucker je imao inspiraciju za koju se tim složio da vrijedi istražiti. Pretpostavili su da skup genetskih biljnih abnormalnosti poznatih kao mutanti paralelnog vretena ili "ps mutanti" koji mijenjaju vretena u paralelan umjesto okomitog položaja tokom mejoze može poboljšati plodnost muškaraca u haploidima. Testirali su ideju na Arabidopsis thaliana, modelu istraživačke biljke koji se često koristio kao prekursor za rad na kukuruzu i nekoliko drugih vrsta usjeva.

Uspjelo je - biljke haploidne mutante su rasle, a većina je bila plodna. Rezultati podržavaju njihovu ideju da se nejednaka linija vretenastih vlakana tokom kritične faze mejoze kod haploidnih mužjaka može prevazići iskorištavanjem sklonosti mutanata da izazovu horizontalniji vreteno formacija.

"Korišćenje ove mutacije za prevazilaženje problema plodnosti muškaraca u haploidnim biljkama ima veliko obećanje da će se prevazići resursno intenzivni protokoli koji su trenutno na snazi ​​za veštačke (hemijske) metode udvostručavanja genoma za dobijanje DH linija", rekao je Lübberstedt.

Najviše zasluga pripisuje Aboobuckeru, koji je vodio projekt kako bi pronašao rješenje za ovu dugogodišnju zagonetku muške haploidne neplodnosti.

„Počinjem da shvatam da je ovo velika stvar“, rekao je Abobucker. “Odgovori kolega širom svijeta otkako je naš članak objavljen prošlog mjeseca bili su pomalo neodoljivi.”

Lübberstedt i Aboobucker vjeruju da se korisne mutacije koje su identificirali mogu primijeniti - uz neke modifikacije - na kukuruz i druge usjeve. Istraživanje ovog potencijala jedan je od sljedećih projekata na njihovom horizontu.