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Ciò che accade sottoterra in un campo di mais è facile da trascurare, ma l'architettura della radice del mais può svolgere un ruolo importante nell'acquisizione di acqua e nutrienti, influenzando la tolleranza alla siccità, l'efficienza nell'uso dell'acqua e la sostenibilità. Se gli allevatori potessero incoraggiare le radici del mais a crescere con un angolo più ripido, il raccolto potrebbe potenzialmente accedere a risorse importanti più in profondità nel terreno.
Un primo passo verso questo obiettivo è l'apprendimento dei geni coinvolti nel gravitropismo, la crescita delle radici in risposta alla gravità. In un nuovo studio pubblicato negli Proceedings of the National Academy of Sciences , scienziati dell'Università del Wisconsin, in collaborazione con ricercatori dell'Università dell'Illinois. identificare quattro di questi geni nel mais e nella pianta modello Arabidopsis.
Quando un seme in germinazione viene girato su un lato, alcune radici compiono una svolta improvvisa e ripida verso la gravità, mentre altre girano una frazione più lentamente. I ricercatori hanno utilizzato metodi di visione artificiale per osservare sottili differenze nel gravitropismo delle radici in migliaia di piantine e hanno combinato quei dati con le informazioni genetiche per ciascuna piantina. Il risultato ha mappato le probabili posizioni dei geni del gravitropismo nel genoma.
La mappa ha portato i ricercatori nel quartiere giusto nel genoma, regioni di poche centinaia di geni, ma erano ancora lontani dall'identificazione di geni specifici per il gravitropismo. Fortunatamente avevano uno strumento che poteva aiutare.
"Poiché in precedenza avevamo eseguito lo stesso esperimento con la pianta di Arabidopsis lontanamente imparentata, siamo stati in grado di abbinare i geni all'interno delle regioni rilevanti del genoma in entrambe le specie. I test di follow-up hanno verificato l'identità di quattro geni che modificano il gravitropismo della radice. Il nuovo le informazioni potrebbero aiutarci a capire come la gravità modella le architetture del sistema radicale", afferma Edgar Spalding, professore presso il Dipartimento di botanica dell'Università del Wisconsin e autore principale dello studio.
Matt Hudson, professore presso il Dipartimento di scienze delle colture presso l'Università dell'Illinois e coautore dello studio, aggiunge:"Abbiamo esaminato un tratto poco studiato nel mais che è importante per una serie di motivi, soprattutto nel contesto del cambiamento climatico . E lo abbiamo fatto facendo in modo che le differenze evolutive tra le piante agissero a nostro favore."
Mais e Arabidopsis, un piccolo parente della senape descritto in modo esaustivo dai biologi vegetali, si sono evoluti a circa 150 milioni di anni di distanza nella storia evolutiva. Hudson spiega che sebbene entrambe le specie condividano le funzioni di base delle piante, i geni che le controllano sono probabilmente stati confusi all'interno del genoma nel tempo. Questa si rivela essere una buona cosa per restringere i geni comuni.
Nelle specie strettamente correlate, i geni tendono ad allinearsi approssimativamente nello stesso ordine nel genoma (ad esempio, ABCDEF). Sebbene gli stessi geni possano esistere in specie lontanamente imparentate, l'ordine dei geni nella regione in cui il tratto è mappato non corrisponde (ad esempio, UGRBZ). Dopo che i ricercatori hanno identificato dove cercare in ciascun genoma, le sequenze geniche altrimenti non corrispondenti hanno fatto emergere i geni comuni (in questo caso B).
"Ho pensato che fosse fantastico poter identificare geni che non avremmo trovato altrimenti semplicemente confrontando gli intervalli genomici in specie vegetali non correlate", afferma Hudson. "Eravamo abbastanza fiduciosi che fossero i geni giusti quando sono usciti da questa analisi, ma il gruppo di Spalding ha poi trascorso altri sette o otto anni per ottenere solidi dati biologici per verificare che, in effetti, svolgono un ruolo nel gravitropismo. Fatto ciò, Penso che abbiamo convalidato l'intero approccio in modo tale che in futuro potresti utilizzare questo metodo per molti fenotipi diversi."
Spalding osserva che il metodo ha avuto probabilmente un successo particolare perché le misurazioni precise sono state effettuate in un ambiente comune.
"Spesso, i ricercatori del mais misureranno i loro tratti di interesse in un campo, mentre i ricercatori di Arabidopsis tendono ad allevare le loro piante in camere di crescita", dice. "Abbiamo misurato il fenotipo del gravitropismo della radice in un modo altamente controllato. Questi semi sono stati coltivati su una piastra di Petri e il test è durato poche ore, al contrario dei tratti che potresti misurare nel mondo reale che sono aperti a tutti i tipi di variabilità".
Anche quando i tratti possono essere misurati in un ambiente comune, non tutti i tratti sono buoni candidati per questo metodo. I ricercatori sottolineano che i tratti in questione dovrebbero essere fondamentali per la funzione di base delle piante, assicurando che gli stessi geni antichi esistano in specie non imparentate.
"Il gravitropismo può essere particolarmente suscettibile di studio attraverso questo approccio perché sarebbe stato fondamentale per la specializzazione originale di germogli e radici dopo la riuscita colonizzazione della terra", afferma Spalding.
Hudson osserva che anche il gravitropismo sarà la chiave per la colonizzazione di un paesaggio diverso.
"La NASA è interessata a coltivare colture su altri pianeti o nello spazio e ha bisogno di sapere per cosa dovresti allevare per farlo", dice. "Le piante sono piuttosto scombussolate senza gravità." + Esplora ulteriormente
