Os cientistas estão cada vez mais perto de encontrar os genes para a masculinidade em maconha e amaranto peregrino, duas das ervas daninhas agrícolas dos EUA mais problemáticas.

Encontrar os genes pode permitir novos métodos de "controle genético" para as ervas daninhas, que, em muitos lugares, não respondem mais aos herbicidas. Waterhemp e Palmer amaranth são dióicos, o que significa que eles têm plantas masculinas e femininas.

“Se soubéssemos quais genes controlam a masculinidade e pudéssemos fazer esses genes proliferarem na população, cada planta no campo seria um macho após algumas gerações, e teoricamente, a população cairia, ”Diz Pat Tranel, um cientista de ervas daninhas da Universidade de Illinois e autor principal de um estudo em Novo fitologista.

Tranel e seus colegas já haviam identificado marcadores moleculares associados à região genômica masculina. Depois de sequenciar os genomas masculinos, os pesquisadores foram capazes de usar esses marcadores para se concentrar na região específica do sexo masculino. Agora, eles estão dentro de 120 a 150 genes de encontrar seu alvo.

“Estamos confiantes de que a maioria desses cerca de 120 genes provavelmente não está fazendo nada. São apenas coisas que estão acumuladas naquela região do genoma, ”Tranel diz. “Se eu tivesse que adivinhar, Eu diria que talvez 10 deles estejam realmente fazendo algo relevante. ”

Dioecy

Limitar os genes relacionados ao gênero nessas ervas daninhas pode ter valor prático para o controle, mas o estudo também lança luz sobre o fenômeno da dioicia - órgãos sexuais masculinos e femininos em indivíduos separados - de maneira mais geral. A grande maioria dos animais é dióica, mas é raro em plantas. Mais de 90% das plantas com flores têm ambos os órgãos sexuais no mesmo indivíduo, e muitas vezes dentro da mesma flor. Waterhemp e Palmer amaranth, Contudo, são dióicos.

Dioecy significa que é impossível para uma planta se autopolinizar; em vez de, os gametas femininos devem ser fertilizados com pólen masculino de outra planta. Isso é bom para garantir a diversidade genética de uma população. E é provavelmente o que tornou a maconha e o amaranto peregrino tão bem-sucedidos em evitar os efeitos prejudiciais de vários herbicidas.

"A data, Waterhemp e Palmer amaranth desenvolveram resistência a herbicidas abrangendo sete e oito modos de ação, respectivamente. A reprodução dióica resulta em todos esses traços de resistência sendo misturados e combinados dentro dos indivíduos. Essa mistura permitiu que as populações de ambas as espécies combinassem várias resistências a herbicidas, deixando os produtores com poucas opções eficazes de herbicidas, ”Tranel diz.

Compreender o raro fenômeno da dióquia nas plantas pode ajudar os cientistas a descobrir como as características são herdadas de cada pai, e entender como o fenômeno evolui.
Ao contrário dos animais, em que se pensa que a dióquia evoluiu apenas uma vez, os cientistas acreditam que a dióquia nas plantas evoluiu inúmeras vezes. E, de acordo com o estudo da Tranel, parece ter evoluído independentemente em maconha e amaranto peregrino, duas espécies intimamente relacionadas.

“Não estou pronto para dizer que sabemos com certeza que eles evoluíram separadamente, mas todas as informações que encontramos apóiam essa ideia. Apenas dois dos 120-150 genes eram semelhantes entre si nas duas espécies, ”Tranel diz.

Um desses genes compartilhados, Florigen, ajuda as plantas a responder à duração do dia, iniciando a floração. Tranel ainda não sabe se determina o gênero das flores, mas ele está intrigado que apareceu na região Y específica do macho para ambas as espécies.

“Não sabemos com certeza, mas talvez esteja envolvido com os machos que florescem mais cedo do que as fêmeas. Isso pode ser vantajoso para os homens, porque então eles estariam espalhando pólen quando as primeiras mulheres se tornassem receptivas. Então se, na verdade, Palmer e waterhemp realmente evoluíram a dióquia separadamente, mas ambos adquiriram este gene Florigen para uma vantagem de aptidão, seria um bom exemplo de evolução paralela. ”

Tranel espera reduzir ainda mais a região Y masculina específica em ambas as espécies para isolar os genes que determinam a masculinidade. Não há garantia de que uma solução de controle genético será desenvolvida uma vez que esses genes sejam identificados - a Tranel provavelmente precisaria atrair parceiros da indústria para isso - mas ter essa ferramenta não está tão longe quanto antes.

O artigo, Regiões cromossômicas Y específicas de machos em maconha (Amaranthus tuberculatus) e amaranto peregrino (Amaranthus palmeri), é publicado em Novo fitologista.

Os autores incluem Jacob Montgomery, Darci Giacomini, e Pat Tranel da Universidade de Illinois, e Detlef Weigel, do Instituto Max Planck de Biologia do Desenvolvimento. O projeto foi apoiado pelo Instituto Nacional de Alimentos e Agricultura do USDA e pela Sociedade Max Planck.