Teknologi pendeteksi gen baru membawa superwheat baru yang lebih kuat

TERCANGGIH TEKNOLOGI TELEPATI | NISSAN IMX KURO (Juni 2019).

Anonim

Para ilmuwan di John Innes Center (JIC) dan The Sainsbury Laboratory (TSL) telah memelopori teknologi pendeteksi gen baru yang, jika digunakan dengan benar dapat mengarah pada penciptaan varietas baru gandum dengan ketahanan yang tahan lama terhadap penyakit.

Bekerja dengan sesama ilmuwan di TSL, Dr Brande Wulff dari JIC mengembangkan teknologi baru yang disebut 'MutRenSeq' yang secara akurat menunjukkan lokasi gen resistensi penyakit di genom tanaman besar dan yang telah mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk mengkloning gen ini dalam gandum dari 5 hingga 10 tahun ke bawah menjadi hanya dua.

Penggunaan yang efektif dari gen resistensi ini dalam gandum dapat meningkatkan hasil global dan sangat mengurangi kebutuhan aplikasi agro-kimia.

Gen resistensi berfungsi seperti kunci sederhana menjaga patogen menginfeksi tanaman. Seiring waktu, seperti yang ditemukan oleh banyak peternak dan petani, patogen dapat beradaptasi untuk mengatasi gen ketahanan individu dan menginfeksi tanaman. Tumpukan beberapa gen bertindak seperti kunci multi-tuas, sehingga lebih sulit bagi patogen baru untuk menghindari pertahanan tanaman.

Dr Brande Wulff berkata: "Tantangan selalu menemukan gen resistensi yang cukup untuk menciptakan 'tumpukan' multi-gen yang efektif melawan patogen ganas seperti batang batang gandum dan karat kuning gandum, yang jika dibiarkan tak tertandingi, dapat memusnahkan tanaman di seluruh dunia. datangnya teknologi baru ini, pengembangan varietas baru gandum dengan daya tahan yang kuat terhadap satu atau lebih dari patogen ini sekarang dalam jangkauan. "

Dengan menggunakan teknologi ini, para ilmuwan dapat dengan cepat menemukan gen resistensi dari tanaman, mengkloning mereka dan menumpuk beberapa gen resistensi ke dalam satu varietas elit.

MutRenSeq adalah metode tiga langkah untuk cepat mengisolasi gen resistensi berdasarkan pada (i) membuat mutan dari tanaman gandum jenis liar resisten dan mengidentifikasi mereka yang kehilangan ketahanan terhadap penyakit, (ii) genom sekuensing dari kedua jenis tanaman tahan liar dan yang kehilangan ketahanannya., dan akhirnya (iii) membandingkan gen ini dengan mutan dan jenis liar untuk mengidentifikasi mutasi yang tepat yang bertanggung jawab atas hilangnya resistensi penyakit.

Dr Wulff bekerja sama dengan Drs Evans Lagudah dan Sam Periyannan di CSIRO Agriculture di Australia, yang telah menggunakan bahan kimia (EMS) untuk menyebabkan mutasi pada genom dari sampel tanaman gandum jenis liar yang resisten. Mereka kemudian menyaring populasi mutan dengan menginfeksinya dengan patogen, untuk mengidentifikasi mutan yang tidak lagi tahan.

Hipotesisnya adalah bahwa mutan-mutan ini semua akan berbagi mutasi dalam gen umum, yang harus menjadi gen resistensi. Mereka membandingkan urutan mutan satu sama lain dan mencari tumpang tindih. Sekuensing satu mutan akan mengidentifikasi beberapa ratus mutasi - setiap mutasi yang menunjukkan gen kandidat.

Namun, dengan membandingkan dua mutan satu sama lain, dan mencari tumpang tindih, daftar dikurangi dari beberapa ratus, menjadi hanya segelintir.

Membandingkan tiga atau lebih mutan, memungkinkan tim untuk mengidentifikasi tumpang tindih hanya gen tunggal di tanaman gandum yang rentan.

Dr Wulff berkata: "Dengan MutRenSeq kita dapat menemukan jarum di tumpukan jerami: kita dapat mengurangi kerumitan menemukan gen resistensi dengan membidik dari 124.000 gen, hanya menjadi gen kandidat tunggal."

Dalam uji coba pertama dari MutRenSeq, tim Dr Wulff berhasil mengisolasi gen resistensi terkenal, Sr33, dalam fraksi waktu yang sebelumnya diambil untuk melakukan ini dengan teknik pemuliaan konvensional. Setelah keberhasilan ini, tim kemudian mengkloning dua gen ketahanan karat batang penting, Sr22 dan Sr45, yang para ilmuwan miliki sampai sekarang, tidak dapat mengisolasi dengan berhasil.

Menurut Organisasi Pangan & Pertanian PBB (FAO) gandum ditanam di lebih banyak lahan daripada tanaman komersial lainnya (sekitar 240m hektar) dan terus menjadi sumber biji-bijian makanan yang paling penting bagi manusia.

Petani di barat mengandalkan pestisida untuk mengendalikan patogen dalam gandum tetapi lebih sedikit dan lebih sedikit agrokimia tersedia untuk digunakan karena kekhawatiran atas dampak lingkungan mereka. Petani di negara-negara miskin memiliki sedikit atau tidak memiliki akses ke bahan kimia ini dan sangat rentan terhadap kerugian terkait penyakit, yang dapat menyebabkan kelaparan dan kekurangan gizi.

Organisasi Pangan dan Pertanian PBB (FAO) memperkirakan bahwa 31 negara di Afrika Timur dan Utara, Timur Dekat, Asia Tengah dan Selatan, yang mencakup lebih dari 37 persen area produksi gandum global dan 30% produksi global, berada dalam risiko. penyakit karat gandum termasuk ras Ug99 dari karat batang dan strain Yr27 dari karat kuning.

Alternatif penggunaan pestisida adalah membangun ketahanan tanaman dengan memperkenalkan gen resisten dari varietas gandum lain ke dalam varietas elit.

Dr Wulff mengatakan: "Menemukan dan mengkloning gen-gen penting ini hingga kini telah seperti mencari jarum di tumpukan jerami. Genom gandum sangat besar dan mengandung banyak pengulangan. Teknologi baru ini akan mengubah bagian dari proses ilmiah ini.

"Meskipun tahap berikutnya tumpukan gen dalam jumlah besar dengan benar dalam genom gandum kompleks tidak mudah dan mungkin membutuhkan waktu, munculnya teknologi pendeteksi gen baru ini telah membawa penciptaan satu atau lebih varietas baru dari gandum dengan panjang- Ditunggu ketahanan penyakit yang tahan lama lebih dekat. "

Makalah ini adalah salah satu dari tiga makalah yang akan diterbitkan bersama di Nature Biotechnology pada hari Senin 25 April 2016. Dua makalah lainnya fokus pada penemuan gen resistensi baru untuk karat kedelai (oleh Dr Peter Van Esse, The Sainsbury Laboratory) dan kentang hawar daun (oleh Profesor Jonathan Jones, The Sainsbury Laboratory).

menu
menu