چگونه علف ها از همخونی اجتناب می کنند

پایگاه خبری DA1news: محققان در ETH زوریخ/سوئیس توانسته‌اند نشان دهند که کدام ژن‌ها از خودباروری در علف‌ها جلوگیری می‌کنند.

دانشمندان گیاه شناسی اکنون می توانند از این مکانیسم به روش هدفمندتری برای پرورش گونه های جدید علف های علوفه ای و همچنین برنج یا جو استفاده کنند.
ذرت، برنج، گندم، نیشکر – خانواده علف‌ها شامل تعدادی از گونه‌هایی است که منابع غذایی مهمی برای انسان هستند و هزاران سال است که پرورش داده می‌شوند. حیوانات وحشی و مزرعه نیز برای تغذیه به شدت به علف ها وابسته هستند.
با این حال، پرورش علف ها به طور طبیعی دشوار است. مانند بسیاری از گیاهان گلدار دیگر، علف ها مکانیزمی را ایجاد کرده اند که از همخونی پس از خود گرده افشانی جلوگیری می کند. کارشناسان این مکانیسم را “خود ناسازگاری” می نامند. این تضمین می کند که هیچ گرده ای از خود گیاه یا افراد نزدیک به تخمدان نمی تواند به سمت تخمدان رشد کند و سلول تخمک را بارور کند. این از همخونی با تمام عواقب آن جلوگیری می کند.
برای اصلاح نباتات، خود ناسازگاری می تواند یک نقطه ضعف باشد. این نه تنها توسعه خطوط هموزیگوت را پیچیده می کند، بلکه می تواند بر گرده افشانی دو فرد نزدیک به هم تأثیر بگذارد. این امر دستیابی به پیشرفت اصلاحی برای ویژگی های گیاهی مورد نظر را با آمیختگی دشوارتر می کند. برای اینکه بتوانیم از استراتژی های مختلف اصلاح نباتات استفاده کنیم، دانش دقیق خود ناسازگاری ضروری است.

ژن های خود ناسازگاری در علف ها برای اولین بار رمزگشایی شدند
تا به امروز، اطلاعات کمی در مورد ترکیب ژنتیکی خود ناسازگاری در علف ها وجود دارد. در دهه 1960، دانشمندان گیاهان کشف کردند که خود ناسازگاری توسط دو ناحیه ژنومی (مکان) جداگانه کنترل می شود. اما با روش‌های موجود در آن زمان، محققان نتوانستند تعیین کنند که کدام ژن‌ها واقعاً درگیر هستند.
اکنون، برای اولین بار، محققان به سرپرستی برونو استودر، پروفسور اصلاح نباتات مولکولی در ETH زوریخ، توانسته‌اند ژن‌های مسئول ناسازگاری خود را شناسایی کرده و توالی اسید نوکلئیک آنها را تعیین کنند. آنها این کار را در چچم چند ساله (Lolium perenne L.)، یکی از مهم ترین گونه های علوفه ای و چمنی در جهان انجام دادند.
Studer بیش از 15 سال را به همراه همکارانی از دانمارک، ولز و ایالات متحده آمریکا به این موضوع اختصاص داده است. او در سال 2006 ژن هایی را یافت که عملکرد دانه را در علف های علوفه کاهش می دهد. او به دنبال برعکس بود: ژن هایی که عملکرد دانه را افزایش می دهند. ژن‌هایی که او شناسایی کرد بعداً مشخص شد که در ناسازگاری با خود نقش دارند. در سال 2017، استودر و تیمش این دو مکان را به چند ژن کاندید بالقوه محدود کردند. اکنون آنها توصیف دقیقی از سه ژن ارائه کرده اند که به طور موثر جایگاه ها را می سازند و ناسازگاری خود را کنترل می کنند.
این یافته‌ها فرصت‌های جدیدی را برای پرورش نه تنها برای علف‌های علوفه‌ای، بلکه برای محصولات مهم علف‌افشانی خودگرده‌افشانی برای مصرف انسان مانند برنج یا جو باز می‌کند. اگر ژن های خود ناسازگاری شناخته شده باشند، می توان آنها را به روش های خاصی دستکاری کرد. خاموش کردن آنها امکان ایجاد خطوط همخون را فراهم می کند.
رویکرد دیگر این است که ژن‌ها را در ژنوم علف‌هایی که ناسازگاری خود را از دست داده‌اند، وارد کنیم تا جمعیت‌های متنوع ژنتیکی تولید شوند. برای استودر، یک چیز واضح است: “دانش این ژن ها به ما پایه مهمی برای کنترل این مکانیسم و استفاده از آن برای پرورش داده است.”

تعامل دو مکان دور
اساساً خود ناسازگاری مبتنی بر تعامل دو مکان – جایگاه S و مکان Z – است که روی کروموزوم‌های مختلف قرار دارند.
ژن‌ها طرح اولیه سه پروتئین مختلف هستند که نوعی مکانیسم قفل و کلید را تشکیل می‌دهند که تشخیص می‌دهد آیا گرده‌ای که روی کلاله فرود آمده است از نظر ژنتیکی مشابه است یا نامرتبط. این سیگنالی را ایجاد می کند که یا فرآیند لقاح را متوقف می کند یا آن را تا تکمیل ادامه می دهد.
استودر و تیمش در حال حاضر در حال مطالعه ساختار این پروتئین ها و نحوه تعامل آنها برای تمایز بین گرده خارجی و گرده خود گیاه هستند. برای این کار، آنها از روش‌های هوش مصنوعی ویژه برای مدل‌سازی ساختار پروتئین‌های مربوطه بر اساس توالی ژن، همراه با مدل‌هایی که برهمکنش‌های بین این مولکول‌ها را پیش‌بینی می‌کنند، استفاده می‌کنند.

ارجاع
Rohner M، Manzanares C، Yates S، Thorogood D، Copetti D، Lübberstedt T، Asp T، Studer B: نقشه برداری دقیق و تجزیه و تحلیل ژنومی مقایسه ای ترکیب ژن را در جایگاه های خود ناسازگاری S و Z در علف ها نشان می دهد. زیست شناسی مولکولی و تکامل، جلد 40، شماره 1، ژانویه 2023، msac259،

منبع: https://www.rural21.com/

ترجمه: ناظم رامتین