Nøglen til bedre asparges identificeret i evolutionen af ​​kønskromosomer

Arbejder med et internationalt team af opdrættere og genomforskere, plantebiologer ved University of Georgia har sekventeret haveaspargesens genom som en model for kønskromosomudvikling. Værket kaster lys over mangeårige spørgsmål om kønskromosomernes oprindelse og tidlige udvikling, og fungerer samtidig som fundament for aspargesavlsindsatsen.

Deres forskning, den første bekræftelse af tidlige modeller for, hvordan kønskromosomer divergerer inden for samme art, blev offentliggjort i dag i Naturkommunikation .

Mens de fleste blomstrende planter er hermafroditter, haveaspargesplanter er typisk enten hankøn (XY) eller hunkøn (XX), selvom YY "superhanner" kan produceres i drivhuset. Avlere foretrækker udelukkende hanplanter, da de lever længere og ikke selvsåer. Opdrættere producerer udelukkende han-XY-frø ved at krydse en XX-hun, med en YY superhan. Indtil nu var forskellene mellem asparges X- og Y-kromosomer ikke forstået, og opdrættere var ikke i stand til at skelne XY-hanner fra YY-superhanner uden tidskrævende testkrydsninger.

"En af de ting, som vi var i stand til ret tidligt i vores samarbejde, var at identificere genetiske markører, der gjorde det muligt for opdrættere effektivt at skelne XY-hanner fra YY-hanner og derefter bruge disse YY-hanner til at producere frø udelukkende af hankøn, " sagde Jim Leebens-Mack, professor i plantebiologi og seniorforfatter på undersøgelsen.

Forståelsen af ​​den genetiske variation i planter, der muliggør XY- og YY-hanner, blev fremmet ved at identificere de gener, der bestemmer køn, som baner vejen for mere effektiv udvikling og produktion af værdifulde hybride aspargesplanter.

"Ud over hurtigere identifikation af kønsgenotyper, vores samarbejdspartnere er nu i stand til at manipulere asparges Y-kromosomet for at omdanne hanner til hunner eller hermafroditter. I den nærmeste fremtid, opdrættere vil være i stand til at krydse hvilke linjer de vil, uden at skulle lede inden for en bestemt linje efter hunnen, der har ét sæt egenskaber, og i en anden linje for en han med komplementære træk, " sagde Leebens-Mack.

Spørgsmål om den store mangfoldighed af seksuelle systemer i planter går tilbage til Charles Darwin, og en to-gen model for oprindelsen af ​​kønskromosomer blev opfundet af den danske genetiker Mogens Westergaard i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Men teorien var umulig at teste gennem analyser af mennesker og pattedyrs kønskromosomer, hvor divergensen af ​​X- og Y-kromosomerne skete for titusinder siden.

Blomstrende planter som asparges, imidlertid, har nyere oprindelse af separate køn og kønskromosomer, giver en ideel mulighed for at teste Westergaards to-gen model og samtidig hjælpe med afgrødeforædlingsprogrammer.

Forskerne fandt, at som forudsagt af Westergaard og andre, kobling af et gen, der er nødvendigt for mandlig funktion, med et gen, der hæmmer udviklingen af ​​kvindelige organer på en lille del af Y-kromosomet, var udgangspunktet for udviklingen af ​​asparges kønskromosomer.

"I løbet af de sidste hundrede år, Evolutionsbiologer har antaget flere måder, hvorpå et regulært par kromosomer kan udvikle sig til et X- og Y-par, der bestemmer køn, " sagde Alex Harkess, tidligere doktorand i Leebens-Mack laboratoriet og hovedforfatter på undersøgelsen. "Vores arbejde bekræfter en af ​​disse hypoteser, viser, at et kønskromosompar kan udvikle sig ved mutationer i kun to gener - et, der påvirker pollenudviklingen (mandligt), og en, der påvirker pistil (kvindelig) udvikling."

"Opdrættere har drømt om at manipulere kønsbestemmelse i haveasparges i årtier, " sagde medforfatter Ron van der Hulst fra Limgroup avlsfirma i Holland. "Identifikation af kønsbestemmelsesgener i asparges vil nu give os mulighed for at producere planter med han-, kvindelige og biseksuelle blomster, og i høj grad fremskynde udviklingen af ​​indavlede linjer til at producere elite hybridfrø."

Medforfatter og italiensk aspargesavler Agostino Falavigna bemærkede også, at referencegenomet for haveasparges vil gøre ham og andre opdrættere i stand til mere effektivt at bruge vilde slægtninge som kilder til gener, der kunne øge sygdomsresistens, spyd kvalitet, smag, aroma- og antioxidantindhold.