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Wissenschaftler nähern sich der Suche nach den Genen für Männlichkeit in Wasserhanf und Palmer-Amaranth. zwei der lästigsten landwirtschaftlichen Unkräuter in den USA.
Das Auffinden der Gene könnte neue Methoden zur „genetischen Bekämpfung“ der Unkräuter ermöglichen, welcher, vielerorts, reagieren nicht mehr auf Herbizide. Wasserhanf und Palmer Amaranth sind zweihäusig, Das heißt, sie haben sowohl männliche als auch weibliche Pflanzen.
„Wenn wir wüssten, welche Gene die Männlichkeit kontrollieren und wir diese Gene in der Bevölkerung vermehren könnten, jede Pflanze auf dem Feld wäre nach ein paar Generationen ein Männchen, und theoretisch, die Bevölkerung würde zusammenbrechen, “ sagt Pat Tranel, ein Unkrautwissenschaftler der University of Illinois und Hauptautor einer Studie in Neuer Phytologe.
Tranel und seine Kollegen hatten zuvor molekulare Marker identifiziert, die mit der männlichen Genomregion assoziiert sind. Nach der Sequenzierung männlicher Genome, Die Forscher waren in der Lage, diese Marker zu verwenden, um die männlich-spezifische Region einzugrenzen. Jetzt, sie befinden sich innerhalb von 120 bis 150 Genen, um ihr Ziel zu finden.
„Wir sind zuversichtlich, dass die meisten dieser etwa 120 Gene wahrscheinlich nichts tun. Es ist nur Zeug, das sich in dieser Region des Genoms angesammelt hat, “, sagt Tranel. „Wenn ich raten müsste, Ich würde sagen, vielleicht machen 10 von ihnen tatsächlich etwas Relevantes.“
Die Eingrenzung der geschlechtsbezogenen Gene in diesen Unkräutern könnte einen praktischen Wert für die Kontrolle haben. Die Studie beleuchtet aber auch das Phänomen der Diözese – männliche und weibliche Geschlechtsorgane bei unterschiedlichen Individuen – im Allgemeinen. Die überwiegende Mehrheit der Tiere ist zweihäusig, aber bei Pflanzen ist es selten. Mehr als 90% der blühenden Pflanzen haben beide Geschlechtsorgane am selben Individuum, und oft innerhalb derselben Blüte. Wasserhanf und Palmer Amaranth, jedoch, sind zweihäusig.
Diözese bedeutet, dass es einer Pflanze unmöglich ist, sich selbst zu bestäuben; stattdessen, weibliche Gameten müssen durch männliche Pollen einer anderen Pflanze befruchtet werden. Das ist gut, um die genetische Vielfalt in einer Population sicherzustellen. Und es ist wahrscheinlich, was Wasserhanf und Palmer-Amaranth so erfolgreich gemacht hat, die schädlichen Auswirkungen mehrerer Herbizide zu umgehen.
"Miteinander ausgehen, Wasserhanf und Palmer-Amaranth haben Resistenzen gegen Herbizide entwickelt, die sieben und acht Wirkungsweisen umfassen, bzw. Die zweihäusige Reproduktion führt dazu, dass all diese Resistenzmerkmale innerhalb der Individuen gemischt und angepasst werden. Diese Mischung hat es den Populationen beider Arten ermöglicht, mehrere Herbizidresistenzen zu kombinieren, Hersteller mit wenigen wirksamen Herbizid-Auswahlmöglichkeiten, “, sagt Tranel.
Das Verständnis des seltenen Phänomens der Diözese bei Pflanzen kann Wissenschaftlern helfen, herauszufinden, wie Merkmale von jedem Elternteil vererbt werden. und zu verstehen, wie sich das Phänomen entwickelt.
Anders als bei Tieren, in der die Diözese vermutlich nur einmal entstanden ist, Wissenschaftler glauben, dass sich die Diözese bei Pflanzen mehrfach entwickelt hat. Und, laut Tranels Studie, es scheint sich unabhängig in Wasserhanf und Palmer-Amaranth entwickelt zu haben, zwei sehr eng verwandte Arten.
„Ich bin nicht bereit zu sagen, dass wir absolut wissen, dass sie sich getrennt entwickelt haben, aber alle Informationen, die wir gefunden haben, unterstützen diese Idee. Nur zwei der 120-150 Gene waren sich bei den beiden Arten ähnlich. “, sagt Tranel.
Eines dieser gemeinsamen Gene, Florigen, hilft Pflanzen, auf die Tageslänge zu reagieren, indem sie die Blüte einleitet. Tranel weiß noch nicht, ob es das Geschlecht von Blumen bestimmt, aber er ist fasziniert, dass es bei beiden Arten in der männlich-spezifischen Y-Region auftauchte.
„Wir wissen es nicht genau, aber vielleicht hängt es damit zusammen, dass Männchen früher blühen als Weibchen. Das könnte für Männchen von Vorteil sein, denn dann würden sie Pollen abgeben, wenn die ersten Weibchen empfänglich werden. Also wenn, in der Tat, Palmer und Wasserhanf haben die Diözese wirklich getrennt entwickelt, aber beide haben sich dieses Florigen-Gen für einen Fitnessvorteil zugelegt, das wäre ein cooles Beispiel für parallele Evolution.“
Tranel hofft, die männlich-spezifische Y-Region bei beiden Arten noch weiter einzugrenzen, um die Gene zu isolieren, die die Männlichkeit bestimmen. Es gibt keine Garantie dafür, dass eine genetische Kontrolllösung entwickelt wird, sobald diese Gene identifiziert sind – Tranel müsste dafür wahrscheinlich Industriepartner gewinnen – aber ein solches Tool ist nicht mehr so fern wie früher.
Der Artikel, Männchenspezifische Y-chromosomale Regionen in Wasserhanf (Amaranthus tuberculatus) und Palmer-Amaranth (Amaranthus palmeri), ist veröffentlicht in Neuer Phytologe.
Zu den Autoren gehören Jacob Montgomery, Darci Giacomini, und Pat Tranel von der University of Illinois, und Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. Das Projekt wurde vom USDA National Institute of Food and Agriculture und der Max-Planck-Gesellschaft unterstützt.
