根據 29 月 XNUMX 日發表在開放獲取期刊上的一項新研究,一項簡單的育種實驗與遺傳分析相結合,可以快速發現促進植物種群合作和更高產量的基因 PLOS生物學,由蘇黎世大學的 Samuel Wuest 和瑞士 Agroscope 及其同事撰寫。 結果有可能通過常規育種方法快速提高作物生產力。
在經典的進化論中,個體相互競爭,那些擁有最具競爭優勢的基因會產生更多帶有相同獲勝基因的後代。 這對 植物育種者,他們經常面臨選擇合作而不是競爭的工廠。 在玉米或小麥的密集單一栽培林中,如果個體避免長得太高或葉子開得太寬,則總體產量可能會提高(20 世紀中葉的“綠色革命”在很大程度上取決於將矮化等位基因引入主要穀物)。
發現可能促進合作的等位基因(個體之間不同的基因版本)具有挑戰性,但作者設計了一個系統來揭示它們。 符合 博弈論,作者推斷,最合作的基因型在與類似合作的鄰居相處時表現最好,但在面對自私、競爭激烈的鄰居時表現不佳。
他們使用模型植物擬南芥來比較給定植物與另一個遺傳相似個體(模擬單一栽培)種植時的表現,以及與一組“測試”基因型一起種植時的表現,這些基因型的生長策略各不相同。 通過確定每株植物的整體活力(以地上生物量衡量)及其在兩種情況下的生長差異,他們可以看出哪些植物最大限度地提高了快速生長的能力以及與基因相似個體合作的能力這樣他們的鄰居也長得很好。
有了這些數據,他們使用已發表的全基因組多態性數據來找到 基因 與合作特質有關。 他們發現它與一小群連鎖多態性密切相關,尤其是一個基因的次要等位基因。 當攜帶該次要等位基因的植物生長於 接近, 它們在高密度生長時產生的生物量總計比攜帶主要 等位基因 在同一個位點。 這種合作效應伴隨著根部競爭的減少——相鄰植物可能花費更少的能量侵入其鄰居的根區以獲取養分。
Wuest 說,相同的比較策略可用於發現任何可測量特徵的合作等位基因。 “一旦在作物中發現這種變異,就可以在現代育種計劃中迅速加以利用,並提供提高產量的有效途徑。”
Wuest 補充說:“啟發這項工作的想法並不新鮮,許多實際上在幾十年前就已形成。 然而,我們人類作為最合作的物種之一,也可以通過讓我們的農作物變得更加合作而獲益,這一想法至今仍令我們著迷。”