Teosinte Pollen Drive (TPD) היא מערכת גנטית אנוכית בהיברידיות תירס-טאוזינט, המאפשרת רק אבקה עם רעלן וגם נוגדן לשרוד. כאן, אנו רואים את החלק המייצר אבקה של היברידית תירס-טאוסינטה. קרדיט: מעבדת Jon Cahn/Martienssen
חוקרים במעבדת Cold Spring Harbor עקבו אחר הביות של תירס למקורותיו לפני 9,000 שנה, והדגישו את הכלאה שלו עם Teosinte mexicana ליכולת הסתגלות לקור.
הגילוי של מנגנון גנטי המכונה Teosinte Pollen Drive על ידי פרופסור רוב מרטינסן מספק קישור קריטי בהבנת ההסתגלות וההפצה המהירה של תירס ברחבי אמריקה, ושופך אור על תהליכים אבולוציוניים ויישומים חקלאיים פוטנציאליים.
מדעני Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) החלו לפענח אלפי תעלומות בהתהוות. הסיפור שלנו מתחיל לפני 9,000 שנה. זה היה אז שבויית התירס לראשונה בשפלה המקסיקנית. כ-5,000 שנים מאוחר יותר, היבול חצה עם א מִין מהרמה המקסיקנית הנקראת teosinte מקסיקנה. זה הביא להסתגלות קרה. מכאן התפשט התירס ברחבי היבשת, והוליד את הירק שהוא כיום חלק כה גדול מהתזונה שלנו. אבל איך זה הסתגל כל כך מהר? אילו מנגנונים ביולוגיים אפשרו לתכונות של היבול הגבוה להשתלט? כיום, עולה תשובה פוטנציאלית.
תובנות גנטיות מהיברידית יוצאת דופן
פרופסור CSHL וחוקר HHMI רוב מרטינסן למדו RNA התערבות, תהליך של RNA קטן משתיק גנים, במשך יותר מ-20 שנה כאשר חוקר אוניברסיטת ויסקונסין ג'רי קרמיקל הגיע עם תצפית מוזרה. הניסויים שלו בהצלבת כלאיים סטריליים של טאוסינט עם תירס מסורתי גרמו לצאצאיהם להתנהג בצורה מאוד חריגה. עם תורשה רגילה, הצאצאים צריכים להיות בסופו של דבר סטריליים או פוריים לחלוטין. אבל לא משנה כמה פעמים קרמיקל חצה את הכלאיים עם תירס, גם כל הצאצאים היו סטריליים למחצה. מה קרה?
TPD מבטיח שתכונות מסוימות מועברות תמיד על ידי הרעלת תאי רבייה מסוימים ברעלן ומתן תרופת נגד לאחרים. משמאל: תירס חצי סטרילי עם הרעלן בלבד. מימין: תירס בר-קיימא עם הרעלן וגם עם התרופה. קרדיט: מעבדת Martienssen/Cold Spring Harbor Laboratory
הגילוי של טאוסיינט כונן אבקה
כדי להבין זאת, מרטינסן והסטודנט לתואר שני בן ברובה רצפו את הגנום ממאות גרגרי אבקה של הצאצאים הסטריליים למחצה. הם גילו שאותם קטעים מגנום הטאוסינט נמצאים בכל אחד מהם.
"היו שני חלקים מהגנום, אחד בכרומוזום 5 ואחד בכרומוזום 6, שתמיד עברו בתורשה. זה אמר לנו שהגנים האחראים חייבים להיות באזורים האלה", אומר מרטינסן.
השלכות על חקלאות ואבולוציה
בכרומוזום 5 גילו שגן נקרא דמויי קוצבים 2 מייצר קבוצה של RNAs קטנים שנמצאים תמיד בהכלאות סטריליות למחצה אבל לא תירס מסורתי. עם הממצא הזה, מעבדת Martienssen הצליחה לזהות את מה שהם מכנים Teosinte Pollen Drive (TPD). המערכת הגנטית ה"אנוכית" הזו מבטלת גרגרי אבקה מתחרים שחסרים את הדחף הגנטי. זה גורם להיברידי תירס-טאוזינט להעביר תכונות מסוימות דרך זכרים לעתים קרובות יותר מאשר נקבות. לגילוי עשויות להיות השלכות משמעותיות על תעשיית החקלאות. אבל בעיני מרטינסן, הממצא גדול אף יותר מיישומי הדברת העשבים הפוטנציאליים שלו.
"אני נרגש יותר מההיבטים האבולוציוניים, מה זה עשוי להיות אומר על תהליך הביות, ואיך זה יכול היה להיות הרבה יותר מהיר ממה שחשבנו", אומר מרטינסן.
חיבור העבר של תירס להווה
אם תאוסינטה מקסיקנה הוא "הניאנדרתל של התירס", אולי מרטינסן מצא בו TPD "החוליה החסרה" של תירס. פריצת הדרך יכולה להסביר כיצד הגיע התירס לשגשג ברחבי אמריקה – אך גם מדוע RNAs קטנים מסוימים נפוצים כל כך בתאי זרע של צמחים ובעלי חיים, כולל שלנו.
מימון: המכונים הלאומיים לבריאותקרן המדע הלאומית למחקר גנום צמחים, המכון הרפואי הווארד יוז, הקרן הלאומית למדע
