สิ่งที่เกิดขึ้นใต้พื้นดินในทุ่งข้าวโพดนั้นเป็นสิ่งที่มองข้ามได้ง่าย แต่สถาปัตยกรรมรากข้าวโพดสามารถมีบทบาทสำคัญในการได้มาซึ่งน้ำและสารอาหาร ซึ่งส่งผลต่อความทนทานต่อความแห้งแล้ง ประสิทธิภาพการใช้น้ำ และความยั่งยืน หากพ่อพันธุ์แม่พันธุ์สามารถกระตุ้นให้รากข้าวโพดงอกในมุมที่ชันกว่า พืชผลก็อาจเข้าถึงทรัพยากรที่สำคัญที่อยู่ลึกลงไปในดินได้
ขั้นตอนแรกสู่เป้าหมายนั้นคือการเรียนรู้ยีนที่เกี่ยวข้องกับกราวิโทรปิซึม การเติบโตของรากเพื่อตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วง ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ใน กิจการของ National Academy of Sciencesนักวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยวิสคอนซินร่วมกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ ระบุสี่ยีนดังกล่าวในข้าวโพดและพืชต้นแบบ Arabidopsis
เมื่อเมล็ดงอกขึ้นข้างข้าง รากบางต้นจะหันเข้าหาแรงโน้มถ่วงอย่างสูงชันอย่างกะทันหัน และบางต้นเปลี่ยนเศษส่วนช้ากว่า. นักวิจัยใช้วิธีแมชชีนวิชันเพื่อสังเกตความแตกต่างเล็กน้อยของรากกราวิโทรปิซึมในต้นกล้าหลายพันต้น และรวมข้อมูลนั้นเข้ากับข้อมูลทางพันธุกรรมของต้นกล้าแต่ละต้น ผลที่ได้คือตำแหน่งที่เป็นไปได้ของยีน Gravitropism ในจีโนม
แผนที่ได้นำนักวิจัยไปยังพื้นที่ใกล้เคียงที่ถูกต้องในจีโนม ซึ่งเป็นบริเวณที่มียีนเพียงไม่กี่ร้อยตัว แต่ก็ยังห่างไกลจากการระบุยีนที่เฉพาะเจาะจงสำหรับกราวิโทรปิซึม โชคดีที่พวกเขามีเครื่องมือที่สามารถช่วยได้
“เนื่องจากก่อนหน้านี้เราได้ทำการทดลองเดียวกันกับพืช Arabidopsis ที่ห่างไกลจากกัน เราจึงสามารถจับคู่ยีนภายในบริเวณที่เกี่ยวข้องของจีโนมในทั้งสองสายพันธุ์ได้ การทดสอบติดตามผลตรวจสอบเอกลักษณ์ของยีนสี่ตัวที่ปรับเปลี่ยนรากกราวิโทรปิซึม ข้อมูลใหม่นี้สามารถช่วยให้เราเข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงสร้างรูปร่างสถาปัตยกรรมระบบรากอย่างไร” Edgar Spalding ศาสตราจารย์ในภาควิชาพฤกษศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยวิสคอนซินและผู้เขียนนำของการศึกษากล่าว
Matt Hudson ศาสตราจารย์จาก Department of Crop Sciences แห่งมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์และผู้ร่วมวิจัยกล่าวเสริมว่า "เราได้พิจารณาคุณลักษณะที่ไม่ได้รับการวิจัยในข้าวโพดซึ่งมีความสำคัญด้วยเหตุผลหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ . และเราทำได้โดยทำให้ความแตกต่างทางวิวัฒนาการระหว่างพืชต่าง ๆ เป็นไปตามที่เราต้องการ”
Corn และ Arabidopsis ซึ่งเป็นญาติมัสตาร์ดขนาดเล็กที่นักชีววิทยาพืชอธิบายไว้อย่างละเอียดถี่ถ้วน วิวัฒนาการห่างกันประมาณ 150 ล้านปีในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ ฮัดสันอธิบายว่าแม้ว่าทั้งสองสปีชีส์จะมีหน้าที่พื้นฐานของพืชเหมือนกัน แต่ยีนที่ควบคุมพวกมันก็มีแนวโน้มที่จะสับสนในจีโนมเมื่อเวลาผ่านไป นั่นเป็นสิ่งที่ดีสำหรับการจำกัดยีนทั่วไปให้แคบลง
ในสปีชีส์ที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด ยีนมักจะเรียงตัวในลำดับเดียวกันโดยประมาณในจีโนม (เช่น ABCDEF) แม้ว่ายีนเดียวกันอาจมีอยู่ในสปีชีส์ที่อยู่ห่างไกลกัน แต่ลำดับของยีนในภูมิภาคที่ลักษณะแมปนั้นไม่ตรงกัน (เช่น UGRBZ) หลังจากที่นักวิจัยระบุตำแหน่งที่จะดูในแต่ละจีโนม ลำดับยีนที่ไม่ตรงกันทำให้ยีนทั่วไป (ในกรณีนี้คือ B) ปรากฏขึ้น
"ฉันคิดว่ามันยอดเยี่ยมมากที่เราสามารถระบุยีนที่เราจะไม่พบเป็นอย่างอื่นได้เพียงแค่เปรียบเทียบช่วงจีโนมในพันธุ์พืชที่ไม่เกี่ยวข้องกัน" ฮัดสันกล่าว “เราค่อนข้างมั่นใจว่าพวกมันเป็นยีนที่ถูกต้องเมื่อออกมาจากการวิเคราะห์นี้ แต่กลุ่มของ Spalding ก็ใช้เวลาอีกเจ็ดหรือแปดปีในการรับข้อมูลทางชีววิทยาที่เป็นของแข็งเพื่อยืนยันว่าพวกมันมีบทบาทในการเกิดแรงโน้มถ่วง เมื่อทำอย่างนั้นแล้ว ฉันคิดว่าเราได้ตรวจสอบวิธีการทั้งหมดแล้ว ซึ่งในอนาคต คุณสามารถใช้วิธีนี้กับฟีโนไทป์ต่างๆ ได้มากมาย”
Spalding ตั้งข้อสังเกตว่าวิธีการนี้อาจประสบความสำเร็จเป็นพิเศษเนื่องจากมีการวัดที่แม่นยำในสภาพแวดล้อมทั่วไป
“บ่อยครั้ง นักวิจัยข้าวโพดจะวัดคุณสมบัติที่น่าสนใจในสาขาหนึ่ง ในขณะที่นักวิจัยของ Arabidopsis มักจะปลูกพืชในห้องที่มีการเจริญเติบโต” เขากล่าว “เราวัดฟีโนไทป์ของรากกราวิโทรปิซึมด้วยวิธีที่มีการควบคุมสูง เมล็ดเหล่านี้ปลูกบนจานเพาะเชื้อ และการทดสอบใช้เวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง เมื่อเทียบกับคุณสมบัติที่คุณอาจวัดได้ในโลกแห่งความเป็นจริงที่เปิดกว้างสำหรับความแปรปรวนทุกประเภท”
แม้ว่าคุณลักษณะจะวัดได้ในสภาพแวดล้อมทั่วไป แต่คุณลักษณะบางอย่างอาจไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีสำหรับวิธีนี้ นักวิจัยเน้นย้ำลักษณะที่เป็นปัญหาควรเป็นพื้นฐานในการทำงานของพืชขั้นพื้นฐาน เพื่อให้แน่ใจว่ายีนโบราณแบบเดียวกันนั้นมีอยู่ในสายพันธุ์ที่ไม่เกี่ยวข้องกัน
"กราวิทรอปิซึมอาจคล้อยตามโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการศึกษาด้วยวิธีนี้ เพราะมันจะเป็นกุญแจสำคัญในความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านของยอดและรากหลังจากการล่าอาณานิคมของแผ่นดินที่ประสบความสำเร็จ" สปอลดิงกล่าว
ฮัดสันตั้งข้อสังเกตว่าแรงโน้มถ่วงจะเป็นกุญแจสำคัญในการตั้งรกรากในภูมิประเทศที่แตกต่างกันเช่นกัน
“นาซ่าสนใจที่จะปลูกพืชผลบนดาวเคราะห์ดวงอื่นหรือในอวกาศ และพวกเขาจำเป็นต้องรู้ว่าคุณต้องผสมพันธุ์เพื่ออะไร” เขากล่าว “พืชถูกแยกออกจากกันโดยปราศจากแรงโน้มถ่วง”
บทความ "ใช้ประโยชน์จากวิทยาวิทยาภายในข้าวโพดเลี้ยงสัตว์และ Arabidopsis QTL เพื่อระบุยีนที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติใน Gravitropism" เผยแพร่ใน กิจการของ National Academy of Sciences [ดอย: 10.1073/pnas.2212199119]. การวิจัยได้รับทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ
ภาควิชาวิทยาศาสตร์พืชผลอยู่ในวิทยาลัยวิทยาศาสตร์เกษตร ผู้บริโภค และสิ่งแวดล้อมที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์เออร์บานา-แชมเปญ
แหล่งที่มา: https://www.sciencedaily.com