Зачем изучать гены хлопка?

Признаки являются продуктами генов. Когда исследователи поймут, какие гены участвуют в формировании каких признаков хлопка, они смогут использовать эту информацию для создания новых видов растений, которые легче выращивать, устойчивых к таким проблемам, как засуха и вредители, и более безопасных для окружающей среды.
Примеры признаков, которые могут улучшить урожай хлопка:

  • Высокий выход клетчатки
  • Высококачественное волокно (например, более длинное, прочное; зависит от использования)
  • Устойчив к засухе
  • Устойчив к вредителям
  • Устойчив к болезням
    Переносит соль
  • Меньшая потребность в удобрениях
  • Меньшая потребность в пестицидах
  • Легко выращивать в разных средах

Характеристики начинаются с генов

Многие различия между людьми происходят из-за различий в генах.

Одомашненный хлопок обладает определенными характеристиками или чертами, которые делают его более полезным, чем его дикие сородичи. Например, по сравнению со своими дикими родственниками, у одомашненного хлопка больше волокон, его волокна длиннее, и их легче отделить от семян. Все эти черты развились из естественных генетических вариаций диких предков хлопка.
Точно так же, как люди различаются по своим чертам, таким как рост, цвет волос и многое другое, другие виды тоже различаются. Многие из этих вариаций генетически запрограммированы и возникают из-за небольших различий в генах от одного человека к другому. В процессе одомашнивания особи с наиболее желательными чертами отбрасываются, чтобы они могли стать родителями следующего поколения. Есть надежда, что одни и те же черты будут передаваться через гены от родителей к потомству.

Одомашнивание снижает генетическое разнообразие

Процесс одомашнивания развивает благоприятные черты, но он также создает «узкие места», где теряется большое количество генетического разнообразия. Особи, которых собирают и не используют для создания следующего поколения, не передают свои генетические вариации.
Это отсутствие генетического разнообразия становится важным, когда условия меняются — скажем, появляется новая болезнь, или изменение погоды вызывает засуху, или кто-то хочет начать выращивать хлопок в новых условиях. До одомашнивания исходная дикая популяция могла иметь генетические вариации, которые могли помочь людям пережить эти проблемы. Но если бы проблемы не были фактором в процессе одомашнивания, эти вариации могли бы легко быть потеряны.

Читайте также:  Микробы на работе

Дикие популяции, как правило, отличаются большим генетическим разнообразием. Процесс одомашнивания приводит к появлению популяции, обладающей благоприятными чертами, но при этом гораздо менее разнообразной генетической.

Дикие популяции являются резервуарами генетического разнообразия

Повторяющиеся циклы орошения и испарения привели к накоплению солей и других минералов, в результате чего огромные участки земли стали непригодными для земледелия. Солеустойчивые и засухоустойчивые растения могут помочь сделать эту землю снова полезной. (Фото предоставлено USDA)

Хорошая новость для хлопка заключается в том, что сегодня в мире живет много диких популяций. Поскольку они не преодолели недавние генетические узкие места, эти дикие популяции обладают гораздо большим генетическим разнообразием, чем их одомашненные собратья. В этом разнообразии есть много вариантов генов, которые потенциально могут создавать новые виды хлопка с еще лучшими характеристиками.
Необходимость улучшения урожая реальна и неотложна. Хлопководы постоянно сталкиваются с новыми проблемами. Например, в 2011 году из-за рекордной засухи техасские фермеры, выращивающие хлопок, потеряли более половины своего урожая. В течение следующих двух лет производство хлопка было ненамного лучше.
Синоптики предсказывают, что по мере повышения глобальной температуры во многих сельскохозяйственных регионах периоды засухи будут еще более продолжительными. Кроме того, растения, пострадавшие от засухи, более уязвимы для вредителей, таких как паутинные клещи и трипсы. Родственники дикого хлопка могут иметь вариации генов, делающие их устойчивыми к этим и другим проблемам.

Какие гены контролируют какие черты?

Исследователи изучают различные геномы хлопка, чтобы попытаться определить конкретные вариации генов, которые влияют на благоприятные черты. Ниже приведены некоторые вопросы, на которые исследователи пытаются ответить:

Какие генные вариации позволяют хлопку Pima производить такое длинное и прочное волокно?
Какие генные вариации позволяют горному хлопку производить волокно в таком изобилии?
Почему тетраплоидные виды хлопчатника (AADD, включая Pima и хлопчатник горный) лучше подходят для сельскохозяйственных культур, чем любые их диплоидные родственники (AA или DD)?
Какие генные вариации делают некоторые виды дикого хлопка устойчивыми к сельскохозяйственным вредителям, таким как насекомые, а также к бактериальным и грибковым инфекциям?

Читайте также:  Гомеотические гены и модели тела

Общий подход, который исследователи используют для ответа на эти вопросы, заключается в секвенировании геномов нескольких диких и одомашненных форм хлопка. Секвенирование включает в себя чтение кода ДНК организма — длинных цепочек оснований A, C, G и T. Затем они могут сравнить код ДНК разных видов хлопка, чтобы определить генетические различия, которые могут лежать в основе желаемых признаков.

Геном — это полный набор всех генов, которыми обладает организм. Он состоит из очень, очень длинных цепочек «букв» ДНК. У тетраплоидного хлопка длина генома составляет около 2,4 миллиарда букв!

Допустим, мы нашли гены. Что теперь?

В прошлом улучшение урожая осуществлялось посредством долгого и медленного процесса «традиционной» селекции.
Но когда исследователи знают, какие вариации генов влияют на полезный признак, они могут использовать более новые и более быстрые методы для получения лучшего хлопкового растения: селекцию с помощью маркеров или трансгенную технологию.
Чтобы узнать больше об этих методах, посетите раздел Методы улучшения урожая.

Оцените статью
Генетика - сайт о науке
Добавить комментарий