Een team van wetenschappers onder leiding van de Iowa State University heeft jarenlang gewerkt aan het vaststellen van de functies van het gen ZmPILS6. Nu hebben ze het kunnen karakteriseren als een belangrijke drijvende kracht achter de plantgrootte en -architectuur, een drager voor een auxinehormoon dat helpt bij het reguleren van de groei van ondergrondse wortels en scheuten, of stengels, boven de grond. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ).

"Een kenmerk van het huidige tijdperk van de wetenschap is dat we al deze hoogwaardige genoomgegevens hebben, of het nu gaat om maïs of mensen of andere organismen, en nu hebben we de taak om uit te zoeken wat de genen eigenlijk doen", zegt Dior Kelley, assistent-professor genetica, ontwikkeling en celbiologie aan de staat Iowa, die leiding gaf aan het onderzoeksteam.

De groep gebruikte "omgekeerde genetische screening" (van het gen tot de eigenschappen die in de plant tot expressie komen), gecombineerd met andere technieken, terwijl ze de rol van hun gen in de ontwikkeling van maïs volgden. Omgekeerde schermen vereisen meerdere groeiseizoenen en werken volgens Kelley niet altijd. Het duurde zeven jaar voordat haar groep ZmPILS6 grondig karakteriseerde en verifieerde dat het de plantengroei reguleert.

Toen gemodificeerde, gemuteerde planten "uitgeschakeld" werden, onderdrukte de afwezigheid ervan de laterale wortelvorming en de planthoogte. Het onderzoek heeft geleid tot een voorlopig patent vanwege het potentieel ervan om gebruikt te worden in fokprogramma's om maïs met een kleine gestalte te creëren die nog steeds zeer productief is.

"Ik beschouw dit als 'pixie'-maïs," zei Kelley. "Er is om allerlei redenen veel belangstelling voor, waaronder het verminderde gebruik van water en voedingsstoffen en het vermogen om harde wind te weerstaan."

Toen ze ZmPILS6 in maïs bestudeerden, deden de onderzoekers nog een merkwaardige bevinding:het gen leek tegengestelde effecten op de plantengroei te hebben dan een vergelijkbaar gen in Arabidopsis, een plant die vaak als model voor onderzoek wordt gebruikt.

"Dit was heel onverwacht", zei Kelley. "Het illustreert dat plantaardige eiwitten, die in verschillende contexten zijn geëvolueerd, zich anders kunnen gedragen. Het benadrukt de noodzaak om genen rechtstreeks te bestuderen binnen de belangrijkste gewassen die van belang zijn, in plaats van te denken dat we ze begrijpen op basis van hoe ze in andere planten werken." P>

Kelley geeft veel lof voor het succes van het project aan een 'geweldig team van medewerkers', vooral Craig Cowling, een promovendus in Kelley's laboratorium en de eerste auteur van de PNAS papier. "Craig was degene die er echt op inging, om te bevestigen dat dit gen het plantenhormoon auxine draagt, en dat het absoluut de grootte van maïs controleert."

"Dit project en de erkenning als eerste auteur van een artikel in dit belangrijke tijdschrift waren een beetje ongelooflijk", aldus Cowling.

Kelley noemt het nieuwe onderzoek 'fundamenteel' fundamenteel onderzoek om een ​​gen te begrijpen dat invloed heeft op talloze, complexe groeikenmerken, die de evolutie heeft behouden in veel planten, van algen tot maïs. "Het is ook 'translationeel', in die zin dat het verband houdt met genetische bronnen die kunnen worden gebruikt om fokprogramma's te verbeteren," zei ze. "Dit opent geheel nieuwe vragen en facetten van onderzoek voor mijn laboratorium."

Meer informatie: Craig L. Cowling et al., ZmPILS6 is een auxine-effluxdrager die nodig is voor de morfogenese van maïswortels, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2313216121

Journaalinformatie: Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen

Aangeboden door Iowa State University