Ilmuwan memanfaatkan mutasi genetik untuk mempercepat proses pemuliaan tanaman

Peneliti Iowa State University mungkin telah memecahkan tantangan lama terkait dengan percepatan pengembangan garis genetik murni.

Penggunaan genetika “doubled haploid” (DH) telah menjadi salah satu teknologi dasar yang mendasari pemuliaan jagung modern. Namun, teknologi DH memiliki tantangan, sekaligus kelebihan. Pertama, diperlukan pembuatan tanaman “haploid” yang hanya membawa satu genom induk. Genom tunggal tanaman haploid kemudian digandakan melalui a proses kimia yang mempercepat pengembangan galur inbrida yang murni secara genetis.

Salah satu kendala utama teknologi DH adalah bunga jantan haploid biasanya steril. Masalah ini mengharuskan bibit terkena colchicine kimia beracun yang memacu penggandaan genom dan mengembalikan kesuburan bunga jantan. Prosesnya padat karya dan biaya.

Penelitian yang diterbitkan baru-baru ini di Tanaman alam berbagi berita tentang mutasi yang ditemukan para ilmuwan yang memulihkan kesuburan pria di haploid tanpa menggunakan colchicine. Pekerjaan itu dilakukan oleh Siddique I. Aboobucker, ilmuwan penelitian di bidang agronomi, dengan Thomas Lübberstedt, Ketua Frey di Agronomi dan direktur Raymond F. Baker Center for Plant Breeding, dan mantan mahasiswa pascasarjana agronomi Liming Zhou.

Mereka menunjukkan bahwa mengeksploitasi mutasi yang mengubah posisi mekanisme gelendong selama fase reproduksi tanaman yang dikenal sebagai meiosis dapat memulihkan kesuburan tanaman haploid jantan.

Mekanisme gelendong membantu menjaga pembelahan sel tetap pada jalurnya. Selama meiosis normal, pada tanaman "diploid" biasa yang mengandung dua set kromosom, spindel disusun dalam pasangan tegak lurus yang berbaris dengan mudah. Pada tanaman haploid, kromosom tidak terdistribusi secara merata selama pembelahan sel, menyebabkan tingkat infertilitas yang tinggi selama fase reproduksi berikutnya.

Untuk mengatasi masalah ini, Aboobucker memiliki inspirasi yang menurut tim layak untuk diselidiki. Mereka berhipotesis bahwa satu set kelainan genetik tanaman yang dikenal sebagai mutan gelendong paralel atau "mutan ps" yang mengubah gelendong menjadi paralel dan bukan posisi tegak lurus selama meiosis dapat meningkatkan kesuburan pria di haploid. Mereka menguji ide tersebut pada Arabidopsis thaliana, model tanaman penelitian yang sering digunakan sebagai pendahulu untuk bekerja di jagung dan beberapa spesies tanaman lainnya.

Itu berhasil — tanaman mutan haploid tumbuh, dan sebagian besar subur. Hasilnya mendukung gagasan mereka bahwa barisan serat gelendong yang tidak sama selama fase kritis meiosis pada jantan haploid dapat diatasi dengan mengeksploitasi kecenderungan mutan untuk menyebabkan garis yang lebih horizontal. poros pembentukan.

“Menggunakan mutasi ini untuk mengatasi masalah kesuburan pria pada tanaman haploid sangat menjanjikan untuk mengatasi protokol intensif sumber daya yang saat ini ada untuk metode penggandaan genom (kimia) buatan untuk mendapatkan garis DH,” kata Lübberstedt.

Dia memberikan sebagian besar pujian kepada Aboobucker, yang memimpin proyek untuk menemukan solusi atas teka-teki lama infertilitas haploid pria ini.

"Saya mulai menyadari ini adalah masalah besar," kata Aboobucker. “Tanggapan dari kolega di seluruh dunia sejak artikel kami diterbitkan bulan lalu sedikit berlebihan.”

Lübberstedt dan Aboobucker percaya bahwa mutasi bermanfaat yang telah mereka identifikasi dapat diterapkan—dengan beberapa modifikasi—pada jagung dan tanaman lainnya. Menjelajahi potensi ini adalah salah satu proyek selanjutnya di cakrawala mereka.