Para ilmuwan semakin dekat untuk menemukan gen kejantanan pada rami air dan bayam Palmer, dua gulma pertanian AS yang paling merepotkan.
Menemukan gen dapat memungkinkan metode "kontrol genetik" baru untuk gulma, yang, di banyak tempat, tidak lagi bereaksi terhadap herbisida. Amaranth Waterhemp dan Palmer adalah dioecious, artinya mereka memiliki tanaman jantan dan betina.
“Jika kita tahu gen mana yang mengendalikan kejantanan dan kita bisa membuat gen itu berkembang biak di dalam populasi, setiap tanaman di ladang akan menjadi jantan setelah beberapa generasi, dan secara teoritis, populasi akan hancur, ” kata Pat Tranel, seorang ilmuwan gulma Universitas Illinois dan penulis utama dalam sebuah studi di Ahli Fitologi Baru.
Tranel dan rekan-rekannya sebelumnya telah mengidentifikasi penanda molekuler yang terkait dengan wilayah genom pria. Setelah mengurutkan genom pria, para peneliti dapat menggunakan penanda tersebut untuk membidik wilayah khusus pria. Sekarang, mereka berada dalam 120 hingga 150 gen untuk menemukan target mereka.
“Kami yakin sebagian besar dari 120 atau lebih gen itu mungkin tidak melakukan apa-apa. Itu hanya hal-hal yang terakumulasi di wilayah genom itu, Kata Tranel. “Jika saya harus menebak, Saya akan mengatakan mungkin 10 dari mereka benar-benar melakukan sesuatu yang relevan.”
keuskupan
Mempersempit gen yang terkait dengan gender pada gulma ini dapat memiliki nilai praktis untuk pengendalian, tetapi penelitian ini juga menyoroti fenomena dioecy – organ seksual pria dan wanita pada individu yang terpisah – secara lebih umum. Sebagian besar hewan dioecious, tetapi jarang terjadi pada tumbuhan. Lebih dari 90% tumbuhan berbunga memiliki kedua organ seksual pada individu yang sama, dan sering dalam bunga yang sama. Amaranth rami dan Palmer, Namun, dioecious.
Dioecy berarti tidak mungkin tanaman melakukan penyerbukan sendiri; sebagai gantinya, gamet betina harus dibuahi oleh serbuk sari jantan dari tumbuhan lain. Itu hal yang baik untuk memastikan keragaman genetik dalam suatu populasi. Dan kemungkinan besar inilah yang membuat rami air dan bayam Palmer begitu berhasil menghindari efek merugikan dari berbagai herbisida.
"Hingga saat ini, waterhemp dan bayam Palmer telah mengembangkan ketahanan terhadap herbisida yang mencakup tujuh dan delapan mode aksi, masing-masing. Reproduksi dioecious dalam semua sifat resistensi ini dicampur dan dicocokkan dalam individu. Pencampuran ini memungkinkan populasi kedua spesies untuk menggabungkan beberapa resistensi herbisida, meninggalkan produsen dengan sedikit pilihan herbisida yang efektif, Kata Tranel.
Memahami fenomena langka dioecy pada tumbuhan dapat membantu para ilmuwan mengumpulkan bagaimana sifat-sifat yang diwarisi dari setiap orang tua, dan untuk memahami bagaimana fenomena tersebut berkembang.
Berbeda dengan pada hewan, di mana dioecy diperkirakan hanya berevolusi sekali, para ilmuwan percaya dioecy pada tumbuhan telah berevolusi berkali-kali. Dan, menurut penelitian Tranel, tampaknya telah berevolusi secara independen di rami air dan bayam Palmer, dua spesies yang sangat dekat hubungannya.
“Saya belum siap untuk mengatakan bahwa kita benar-benar tahu bahwa mereka berevolusi secara terpisah, tetapi semua informasi yang kami temukan mendukung gagasan itu. Hanya dua dari 120-150 gen yang mirip satu sama lain di kedua spesies, Kata Tranel.
Salah satu gen yang dimiliki bersama, Florigen, membantu tanaman merespon panjang hari dengan memulai pembungaan. Tranel belum tahu apakah itu menentukan jenis kelamin bunga, tapi dia tertarik karena itu muncul di wilayah Y khusus pria untuk kedua spesies.
“Kami tidak tahu pasti, tapi mungkin itu terlibat dengan jantan berbunga lebih awal dari betina. Itu bisa menguntungkan bagi pejantan karena mereka akan menumpahkan serbuk sari ketika betina pertama menjadi reseptif. Jadi jika, nyatanya, Palmer dan waterhemp benar-benar mengembangkan dioecy secara terpisah, tetapi keduanya memperoleh gen Florigen ini untuk keuntungan kebugaran, itu akan menjadi contoh keren dari evolusi paralel.”
Tranel berharap untuk mempersempit wilayah Y spesifik jantan di kedua spesies lebih jauh untuk mengisolasi gen yang menentukan kejantanan. Tidak ada jaminan solusi kontrol genetik akan dikembangkan setelah gen-gen tersebut diidentifikasi – Tranel mungkin perlu menarik mitra industri untuk itu – tetapi memiliki alat seperti itu tidak sejauh dulu.
Artikel, Daerah kromosom Y khusus jantan pada rami air (Amaranthus tuberculatus) dan bayam Palmer (Amaranthus palmeri), diterbitkan di Ahli Fitologi Baru.
Penulis termasuk Jacob Montgomery, Darci Giacomini, dan Pat Tranel dari Universitas Illinois, dan Detlef Weigel dari Institut Max Planck untuk Biologi Perkembangan. Proyek ini didukung oleh USDA National Institute of Food and Agriculture dan Max Planck Society.
