Genetická regulace plevelů

23.8.2019 |

Laskavec tamaryškový (Amaranthus tuberculatus) a laskavec Palmerův (Amaranthus palmeri), dva agresivní plevele, které ohrožují produkci plodin v Severní Americe, je stále obtížnější zneškodnit komerčně dostupnými herbicidy. Nový přístup využívající kontrolu rostlinných genů by v budoucnu mohl snížit potřebu těchto chemikálií, čímž by se snížila i zátěž životního prostředí.

Američtí vědci z University of Illinois v červenci publikovali v časopisu Weed Science svou studii zaměřenou na identifikaci skupin genů, které odlišují samčí jedince dvou jmenovaných druhů laskavců od jedinců samičích. Identifikaci těchto genů považují za klíčovou součást vývoje genetického kontrolního systému pro škodlivé plevele.

Dlouhodobým cílem vědců je zavedení geneticky modifikovaných (GM) samčích rostlin do běžné populace, kde by došlo k jejich zkřížení s planými rostlinami. Modifikované samčí rostliny by přitom obsahovaly genovou jednotku, úsek DNA kódující samičí vlastnosti, která by byla přenesena na všechny jejich potomky včetně dalších generací. Tím by se všechny rostliny v dané populaci postupně staly samčími, došlo by k zastavení reprodukce, a populace by tak zanikla.

Princip této strategie je velmi kontroverzní, stále se však jedná o velmi rané fáze základního výzkumu a uvolnění GM laskavců do životního prostředí se v dohledné době nechystá. Vědci vidí hlavní pozitiva v tom, že výzkumem mohou získat minimálně cenné znalosti a nové poznatky, které jim tuto problematiku pomohou řešit. Přestože se vědcům zatím nepodařilo nalézt konkrétní gen nebo geny kódující samčí znaky u obou druhů, identifikovali krátké genetické sekvence spojené se samčí oblastí, pravděpodobně na jednom konkrétním chromozomu, které považují za specifické.

V rámci studie vědci pěstovali 200 rostlin obou druhů a obou pohlaví, poté z nich extrahovali DNA, sekvenovali ji a určovali, zda jsou nějaké sekvence pro dané pohlaví jedinečné. Díky tomu našli sekvence přítomné u samců, které nebyly nalezeny u samic, ale žádné specifické samičí sekvence. Poté vzali již známé samce z jiných populací a hledali nově nalezené sekvence, jež se jim zdály specifické. Tyto sekvence se nejen osvědčily, ale zároveň i potvrdily, že samci jsou heterogametickým pohlavím (pohlavím s dvěma typy chromozomů - X a Y) ve zkoumaných rostlinách.

Rostlinné chromozomy fungují na podobném principu jako lidské, tedy samice jsou homogametické (mají jeden typ chromozomů – X) a samci heterogametičtí. Samci tak během rozmnožování produkují pyl buď s Y specifickou oblastí nebo bez ní. Tato skutečnost naznačuje, že právě samci jsou dominantním pohlavím, což je v daném případě výhodné v tom, že je snazší ovládat samčí rysy, pokud jsou dominantní právě geny pro tuto vlastnost. Tyto geny tak budou zjevným cílem pro genovou jednotku, pomocí níž by byly samčí vlastnosti šířeny v populaci.

Díky těmto genům chtějí vědci zároveň lépe porozumět biologii rostlin a jejich reakcím na životní prostředí. Bylo by možné například určit, zda plevele jsou za určitých podmínek schopné změnit pohlaví nebo zda je jedno pohlaví citlivější na herbicidy. Oba tyto koncepty již byly navrženy v předchozích výzkumech.

Zdroj:

Jacob S. Montgomery, Ahmed Sadeque, Darci A. Giacomini, Patrick J. Brown, Patrick J. Tranel. Sex-specific markers for waterhemp (Amaranthus tuberculatus) and Palmer amaranth (Amaranthus palmeri). Weed Science, 2019; 67 (4): 412 DOI: 10.1017/wsc.2019.27