Nuair a mhol Xiaoxi Meng agus Zhikai Liang an smaoineamh ar dtús cúpla bliain ó shin, bhí James Schnable amhrasach. A rá a laghad.
“‘ Bhuel, is féidir leat triail a bhaint, ach ní dóigh liom go n-oibreoidh sé, ”a mheabhraigh an t-ollamh comhlach agranamaíochta agus gairneoireachta ag rá le Meng agus Liang, ansin taighdeoirí iardhochtúireachta i saotharlann Schnable in Ollscoil Nebraska-Lincoln.
Bhí sé mícheart agus, ag amharc siar, ní raibh sé riamh sásta. Ach ag an am, bhí cúis chóir ag Schnable súil a ardú. Bhí an chuma ar an scéal go raibh smaoineamh an duo - go bhféadfadh seichimh DNA de bharra fuar-íogair a ghéilleann do sioc crua cuidiú a thuar conas a fhulaingíonn plandaí níos deacra, níos deacra dálaí reo - an-fhabhrach. A rá a laghad. Fós féin, moladh íseal-riosca, ard luaíochta a bhí ann. Toisc dá bhféadfadh Meng agus Liang é a chur ag obair, b’fhéidir go ndéanfadh sé iarrachtaí mear chun barraí fuar-íogair a dhéanamh rud beag nó fiú níos cosúla lena gcomhghleacaithe fuar-resistant.
Rinneadh cuid de na barra is tábhachtaí ar domhan a cheansú i réigiúin trópaiceacha - arbhar i ndeisceart Mheicsiceo, sorghum in oirthear na hAfraice - nár chuir brú roghnach orthu cosaintí a fhorbairt i gcoinne fuar nó reo. Nuair a fhástar na barra sin in aeráidí níos crua, cuireann a n-íogaireacht i leith fuar teorainn le cé chomh luath agus is féidir iad a phlandáil agus cé chomh déanach agus is féidir iad a fhómhar. Is ionann séasúir fáis níos giorra agus níos lú ama le haghaidh fótaisintéise, agus mar thoradh air sin beidh táirgeacht níos lú agus níos lú bia do dhaonra domhanda ag súil le druidim le 10 mbilliún duine faoi 2050.
Aeráidí fuar
Idir an dá linn, tháinig speicis plandaí a fhásann cheana féin in aeráidí níos fuaire, cleasanna chun cinn chun an fhuacht a fhulaingt. Is féidir leo a gcuid seicní ceallacha a athchumrú chun leachtacht a choinneáil ag teochtaí níos ísle, ag cosc ar na seicní reo agus briste. Féadann siad dashes siúcraí a chur leis na leachtanna sna seicní sin agus timpeall orthu, ag laghdú a reo-phointe ar an mbealach céanna a dhéanann salann le cosán. Is féidir leo fiú próitéiní a tháirgeadh a mhilleann criostail oighir lúide sula bhfásann na criostail sin ina maiseanna a mbíonn cealla iontu.
Eascraíonn na cosaintí sin go léir ar an leibhéal géiniteach, cé nach i seichimh an DNA féin amháin. Nuair a thosaíonn plandaí ag reo, is féidir leo freagairt trí ghéinte áirithe a mhúchadh nó a chasadh orthu - a lámhleabhair treoracha géiniteacha a thras-scríobh agus a cheadú. Ansin, is féidir leo a bheith ar an eolas faoi na géinte plandaí a fhulaingíonn fuar agus a chasann orthu i bhfianaise teochtaí reo, cabhrú le taighdeoirí tuiscint a fháil ar bhunsraitheanna a gcuid daingne agus, sa deireadh, innealtóireacht a dhéanamh ar chosaintí comhchosúla i mbarr fuar-íogair.
Ach bhí a fhios ag Schnable freisin, mar a rinne Meng agus Liang, gur minic a bhíonn fiú géine comhionann ag freagairt go héagsúil le fuar ar fud speicis plandaí, fiú cinn a bhfuil dlúthbhaint acu. Rud a chiallaíonn, go frustrach, gur gnách go dtuigeann tuiscint ar an gcaoi a bhfreagraíonn géine do fhuar i speiceas amháin nach bhfuil aon rud dochloíte ag eolaithe plandaí faoi iompar na géine i gceann eile. Chuir an neamh-intuarthacht sin, ar a seal, bac ar iarrachtaí na rialacha a fhoghlaim ag deachtú cad a dhéanfaidh géinte a dhíghníomhachtú nó a ghníomhachtú.
“Táimid fós i ndáiríre, go dona ag tuiscint cén fáth a mbíonn géinte casta agus ar aghaidh,” a dúirt Schnable.
Plandaí arbhar
Gan leabhar rialacha a bheith acu, d'iompaigh na taighdeoirí ar fhoghlaim meaisín, cineál intleacht shaorga atá in ann a chuid féin a scríobh go bunúsach. D’fhorbair siad samhail aicmithe faoi mhaoirseacht go sonrach - an cineál a fhéadann, nuair a chuirtear go leor íomhánna lipéadaithe de chait agus de chait, mar a deirtear, idirdhealú a dhéanamh idir an chéad cheann agus an ceann deireanach. Chuir an fhoireann a samhail féin i láthair i dtosach le carn ollmhór de ghéinte seicheamhach as arbhar, mar aon le meánleibhéil gníomhaíochta na ngéinte sin nuair a bhí an planda faoi réir teochtaí reo. Tugadh “gach gné a bhféadfaimis smaoineamh air” don tsamhail do gach géine arbhar, a dúirt Schnable, lena n-áirítear a fhad, a seasmhacht agus aon difríochtaí idir é agus leaganacha eile de atá le fáil i bplandaí arbhar eile.
Níos déanaí, rinne na taighdeoirí tástáil ar a samhail trí cheilt a dhéanamh air ach píosa faisnéise amháin i bhfo-thacar de na géinte sin: cibé ar fhreagair siad nuair a thosaigh teocht reo, nó cibé acu nár fhreagair. Trí anailís a dhéanamh ar ghnéithe na ngéinte a dúradh leo a bheith sofhreagrach nó neamhfhreagrach, thuig an tsamhail cé na teaglamaí de na gnéithe sin a bhí ábhartha do gach ceann acu - agus ansin d’éirigh leo formhór na ngéinte bosca rúndiamhair a bhí fágtha a chur ina gcatagóirí cearta.
Tús tuar dóchais inti a bhí ann, gan amhras. Ach d’fhan an fíor-thástáil: An bhféadfadh an tsamhail an oiliúint a fuair sí i speiceas amháin a ghlacadh agus í a chur i bhfeidhm ar speiceas eile?
Bhí an freagra cinnte. Tar éis dó a bheith oilte le sonraí DNA ó cheann amháin de shé speiceas - arbhar, sorghum, muiléad péarla, muiléad proso, muiléad sionnach nó lascthrealamh - bhí an tsamhail in ann a thuar go ginearálta cé na géinte in aon cheann de na cúig cinn eile a thabharfadh freagra ar reo. Chun iontas Schnable, sheas an tsamhail suas fiú nuair a cuireadh oiliúint uirthi ar speiceas fuar-íogair - arbhar, sorghum, muiléad péarla nó proso - ach a raibh sé de chúram air freagraí géine a thuar sa mhuiléad sionnach fuar-fhulangach nó sa lascthrealamh.
Múnla
“D’oibrigh na samhlacha a ndearna muid oiliúint orthu beagnach chomh maith ar fud speicis amhail is dá mbeadh sonraí agat i speiceas amháin agus d’úsáid tú na sonraí inmheánacha chun na tuartha sa speiceas céanna sin a dhéanamh,” a dúirt sé, leid iontais ag teacht ina ghlór míonna ina dhiaidh sin. "Ní thuarfainn i ndáiríre é sin."
“Is iontach an smaoineamh domsa gur féidir linn an fhaisnéis seo go léir a bheathú isteach i ríomhaire, agus roinnt rialacha ar a laghad a dhéanamh chun tuar a dhéanamh go n-oibreoidh sé."
D’fhéadfadh na tuartha sin a bheith an-úsáideach agus an rogha eile á meas. Le beagnach deich mbliana anuas, bhí bitheolaithe plandaí in ann líon na móilíní RNA a thomhas - na cinn atá freagrach as treoracha DNA a thras-scríobh agus a iompar - a tháirgeann gach géine i bplanda beo. Ach is gnóthas géar é comparáid a dhéanamh idir an chaoi a bhfreagraíonn an léiriú géine sin do fhuar in eiseamail bheo, agus ar fud iliomad speiceas, a dúirt Schnable. Tá sé sin fíor go háirithe maidir le plandaí fiáine, a mbíonn sé deacair fiú a gcuid síolta a fháil. Ní fhéadfaidh na síolta sin péacadh nuair a bhíonn súil leo, más ann dóibh, agus tógfaidh sé blianta fás. Fiú má dhéanann siad, caithfear gach planda a leanann é a shaothrú i dtimpeallacht chomhionann, rialaithe agus staidéar a dhéanamh air ag an gcéim fhorbartha chéanna.
Níos mó speiceas
Is dúshlán ollmhór é sin ar fad chun dóthain eiseamal fiáin a fhás, ó go leor speiceas fiáin, chun freagairtí a ngéinte ar fhuar a mhacasamhlú agus a mheas go staitistiúil.
“Más mian linn i ndáiríre a fháil amach cad iad na géinte atá tábhachtach - a bhfuil ról acu i ndáiríre maidir leis an gcaoi a gcuireann an planda in oiriúint don fhuar - caithfimid a bheith ag féachaint ar níos mó ná dhá speiceas,” a dúirt Schnable. “Ba mhaith linn breathnú ar ghrúpa speiceas atá fulangach fuar agus grúpa atá íogair, agus féachaint ar na patrúin:“ Freagraíonn an géine céanna seo i gceann amháin agus ní fhreagraíonn sí sa cheann eile i gcónaí. "
“Is turgnamh an-mhór agus costasach é sin. Bheadh sé an-deas dá bhféadfaimis tuar a dhéanamh as seichimh DNA na speiceas sin in ionad, abair, 20 speiceas a thógáil agus iarracht a dhéanamh iad go léir a fháil ag an gcéim chéanna, iad uile a chur trí na cóireálacha struis céanna, agus tomhas an méid RNA a tháirgtear do gach géine i ngach speiceas. "
Ar ámharaí an tsaoil don tsamhail, tá taighdeoirí tar éis géanóm níos mó ná 300 speiceas plandaí a chur in ord. D’fhéadfadh iarracht idirnáisiúnta leanúnach an líon sin a bhrú chomh hard le 10,000 sna blianta beaga amach romhainn.
Cé gur sháraigh an tsamhail a ionchais measartha cheana féin, dúirt Schnable go mbeidh “a chur ina luí orainn féin agus ar dhaoine eile araon” go n-oibreoidh sé chomh maith agus a d’oibrigh sé go dtí seo. I ngach cás tástála go dtí seo, d’iarr na taighdeoirí ar an tsamhail an méid a bhí ar eolas acu cheana a insint dóibh. Tiocfaidh an tástáil dheiridh, a dúirt sé, nuair a bheidh na daoine agus an meaisín ag tosú ón tús.
“Is é an chéad turgnamh mór eile a cheapaim a chaithfimid a dhéanamh ná tuar a dhéanamh ar speiceas nach bhfuil aon sonraí againn ar chor ar bith,” a dúirt sé. “A chur ina luí ar dhaoine go n-oibríonn sé i ndáiríre i gcásanna nach bhfuil na freagraí ar eolas againn fiú."
Thuairiscigh an fhoireann a fionnachtana san iris Proceedings of the National Academy of Sciences. Scríobh Meng, Liang agus Schnable an staidéar le Rebecca Roston, Yang Zhang, Samira Mahboub ó Nebraska agus an mac léinn fochéime Daniel Ngu, in éineacht le Xiuru Dai, scoláire cuairte ó Ollscoil Talmhaíochta Shandong.
Le haghaidh tuilleadh eolais:
Ollscoil Nebraska Lincoln
www.unl.edu