Шиаокси Мэн, Жикай Лян нар хоёр жилийн өмнө энэ санааг анх дэвшүүлэхэд Жеймс Шнабл эргэлзэж байсан. Хамгийн бага гэж хэлэхэд.
"За, та хичээгээд үзээрэй, гэхдээ энэ нь бүтэхгүй байх гэж бодож байна" гэж агрономи ба цэцэрлэгжүүлэлтийн дэд профессор Небраска-Линкольны их сургуулийн Шнаблийн лабораторид докторын дараах судлаач Мэн, Лян нарт хэлснээ дурсав.
Тэр буруу байсан, эргээд харахад хэзээ ч ийм жаргалтай байдаггүй. Гэсэн хэдий ч тэр үед Шнабл хөмсөг зангидах хангалттай шалтгаантай байв. Хүйтэнд бууж өгдөг, хүйтэнд мэдрэмтгий ургацын ДНХ-ийн дараалал нь илүү зэрлэг, хатуу ургамал хөлдөх нөхцлийг хэрхэн тэсвэрлэдэгийг урьдчилан таамаглахад туслах болно гэсэн хоёр хүний санаа эр зоригтой санагдлаа. Хамгийн бага гэж хэлэхэд. Гэсэн хэдий ч энэ нь эрсдэл багатай, өндөр шагналтай санал байв. Хэрэв Мэн, Лян нар үүнийг ажил хэрэг болгож чадвал хүйтэнд мэдрэмтгий ургацыг хүйтэнд тэсвэртэй хамтрагчтайгаа арай бага эсвэл бүр илүү төстэй болгох гэсэн хурдан чармайлт байж болох юм.
Дэлхийн хамгийн чухал зарим ургацыг халуун орны бүс нутагт нутагшуулж байсан - Мексикийн өмнөд хэсэгт эрдэнэ шиш, Африкийн зүүн хэсэгт буй тариа зэрэг нь хүйтэн, хөлдөлтөөс хамгаалах хамгаалалтыг хөгжүүлэхэд сонгомол дарамт шахалт үзүүлдэггүй байв. Эдгээр ургацыг эрс тэс уур амьсгалтай газар тариалахад хүйтэнд мэдрэмтгий байдал нь эрт тарьж ургуулах хугацааг хязгаарладаг. Өсөн нэмэгдэж буй улирлын богино хугацаа нь фотосинтез хийхэд бага цаг хугацаа зарцуулдаг тул 10 он гэхэд дэлхийн хүн амд 2050 тэрбум хүнд ойртохоор ургац бага, хоол хүнс бага байх болно.
Хүйтэн уур амьсгал
Хүйтэн уур амьсгалд аль хэдийн ургадаг ургамлын төрөл зүйлүүд хүйтэнд тэсвэртэй байхын тулд заль мэхийг бий болгосон. Тэд бага температурт хөрвөх чадварыг хадгалахын тулд эсийн мембранаа дахин тохируулж, мембраныг хөлдөх, хагарахаас сэргийлж чаддаг. Тэд эдгээр мембраны доторх болон шингэн доторхи хэсгүүдэд элсэн чихрийн зураас нэмж, хөлдөлтийн түвшинг нь явган хүний замтай адил багасгаж болно. Тэдгээр нь бүр мөсөн талстыг зөөлрүүлдэг уураг гаргаж чаддаг.
Эдгээр бүх хамгаалалтууд нь генетикийн түвшингээс гаралтай боловч зөвхөн ДНХ-ийн дараалал биш юм. Ургамал хөлдөж эхлэхэд зарим генийг унтрааж, асаах замаар хариу үйлдэл үзүүлэх боломжтой - тэдний генетикийн зааварчилгааг хуулбарлах, хэрэгжүүлэхээс урьдчилан сэргийлэх эсвэл зөвшөөрөх. Хүйтэнд тэсвэртэй ургамал аль генийг унтрааж, хүйтэн жавартай үед унтрааж байгааг мэдэх нь судлаачдад бэхлэлтийнхээ суурийг атгах, эцэст нь ижил төстэй хамгаалалтыг инженерийн ажилд хүйтэнд мэдрэмтгий ургац болгоход туслах болно.
Гэхдээ Шнабл Мэн, Лян нарын адилаар ижил ген нь хүртэл ургамлын төрөл зүйлийн хүйтэнд өөр өөр хариу үйлдэл үзүүлдэг гэдгийг мэддэг байсан. Энэ нь нэг зүйлийн хүйтэнд ген хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлдэг болохыг ойлгох нь ургамлын эрдэмтэд нөгөө зүйлийн генийн зан үйлийн талаар бараг юу ч ярихгүй гэсэн үг юм. Энэхүү таамаглашгүй байдал нь эргээд генийг идэвхгүйжүүлж, идэвхжүүлдэг зүйлийг зааж өгсөн дүрмийг сурахад хүчин чармайлт гаргахад саад болж байна.
"Бид генүүд яагаад унтраад асдагийг ойлгоход үнэхээр муу, муу хэвээр байна" гэж Шнейбл хэлэв.
Эрдэнэ шишийн ургамал
Дүрмийн ном байхгүй тул судлаачид үндсэндээ өөрөө бичиж чаддаг хиймэл оюун ухааны нэг хэлбэр болох машин суралцах аргад шилжжээ. Тэд хяналттай ангиллын загварыг тусгайлан боловсруулсан бөгөөд энэ нь муур, муур биш гэсэн хангалттай шошготой зургийг гаргаж ирэхэд эцэст нь эхнийхийг нь сүүлээс нь ялгаж сурах боломжтой юм. Баг нь эхлээд өөрсдийн загвараа эрдэнэ шишээс дараалсан генүүдийн асар их овоолго, ургамал хүйтэнд тэсвэртэй байх үеийн генүүдийн дундаж идэвхжилийн түвшинтэй хамт танилцуулсан. Энэхүү загварыг эрдэнэ шишийн ген тус бүрт зориулж "бидний бодож болох бүх шинж чанараар" хооллож байсан бөгөөд түүний урт, тогтвортой байдал, бусад эрдэнэ шишийн ургамлуудаас олж авсан бусад хувилбаруудын хоорондох ялгаа зэргийг багтаасан гэж Шнабл хэлэв.
Хожим нь судлаачид загвараа туршиж үзээд эдгээр генүүдийн дэд хэсэгт агуулагдах ганц мэдээллийг нууж, хүйтний эрч чангарахад хариу үйлдэл үзүүлэв үү, үгүй юу гэсэн хариулт өглөө. Генүүдийн хариу урвалд хариу өгөхгүй эсвэл хариу өгөхгүй гэсэн шинж чанаруудыг шинжлэн судалж үзэхэд эдгээр шинж чанаруудын аль хослол нь тус бүрт хамааралтай болохыг олж мэдээд дараа нь үлдсэн нууцлаг хайрцгуудын дийлэнх хэсгийг зөв ангилалд оруулжээ.
Энэ бол ирээдүйтэй эхлэл байсан нь эргэлзээгүй. Гэхдээ жинхэнэ туршилт хэвээр байна: Загвар нь нэг зүйлд эзэмшсэн сургалтаа аваад нөгөө зүйл дээрээ хэрэгжүүлж болох уу?
Хариулт нь тийм ээ гэсэн тодорхой хариулт байсан. Эрдэнэ шиш, сорго, сувдан шар будаа, просо шар будаа, үнэгний шар будаа, унтраалга өвс гэх мэт зургаан зүйлийн аль нэгнийх нь ДНХ-ийн өгөгдлөөр сургагдсаны дараа загвар нь бусад таван зүйлийн аль ген нь хөлдөхөд хариу үйлдэл үзүүлэхийг ерөнхийдөө таамаглаж чаджээ. Schnable-ийн гайхшралыг төрүүлсэн загвар нь хүйтэнд мэдрэмтгий зүйл болох эрдэнэ шиш, сорго, сувд эсвэл просо шар будаагаар сурч байсан ч хүйтэнд тэсвэртэй үнэгний шар будаа эсвэл унтраалганд генийн хариу урвалыг урьдчилан таамаглах даалгавар өгч байсан.
загвар
"Бидний сургасан загварууд нь нэг зүйлийн дотор өгөгдөл байгаа юм шиг дотоод өгөгдлөө ашиглаад яг тэр зүйлийн таамаглалыг гаргахад ашиглаж байгаа юм шиг зүйлүүдийн дунд бараг адилхан ажиллаж байсан" гэж тэр хэлээд хэдэн сарын дараа түүний дуу хоолойнд эргэлзсэн гайхмаар санагджээ. "Би ийм зүйлийг урьдчилан таамаглахгүй байх байсан."
"Бид энэ бүх мэдээллийг компьютерт суулгаж, үр дүнгээ өгөх таамаглал дэвшүүлэхийн тулд дор хаяж хэдэн дүрмийг гаргаж чадна гэсэн санаа миний хувьд гайхалтай хэвээр байна."
Эдгээр таамаглал нь хувилбарыг авч үзэхэд ялангуяа ашигтай байж болох юм. Ойролцоогоор арван жилийн хугацаанд ургамлын биологчид амьд ургамлын ген болгоны үйлдвэрлэсэн РНХ-ийн молекулын тоог тодорхойлж чаджээ. Гэхдээ генийн илэрхийлэл нь амьд сорьц, олон зүйлийн хүйтэнд хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлж байгааг харьцуулах нь маш хүнд ажил юм гэж Шнабл хэлэв. Энэ нь ялангуяа үрийг нь олж авахад хэцүү зэрлэг ургамлуудтай холбоотой юм. Эдгээр үр нь хүлээгдэж байтал ургахгүй байж магадгүй бөгөөд ургахад хэдэн жил шаардагдана. Тийм байсан ч үр дүнд хүрсэн ургамал бүрийг ижил, хяналттай орчинд тариалж, хөгжлийн ижил үе шатанд судлах хэрэгтэй.
Илүү олон төрөл зүйл
Энэ бүхэн нь генийн хүйтэнд үзүүлэх хариу үйлдлийг хуулбарлах, статистикаар үнэлэх хангалттай хэмжээний зэрлэг ан амьтдаас хангалттай хэмжээний зэрлэг сорьц ургуулахад асар их бэрхшээл учруулдаг.
"Хэрэв бид ямар генүүд чухал болохыг олж мэдэхийг хүсч байвал ургамал нь хүйтэнд хэрхэн дасан зохицох нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бол хоёроос олон зүйлийг үзэх хэрэгтэй" гэж Шнабл хэлэв. "Бид хүйтэнд тэсвэртэй, мэдрэмтгий бүлгийг болон хэв маягийг нь харахыг хүсч байна." Энэ ген үргэлж нэгэнд нь хариу үйлдэл үзүүлдэг, нөгөөд нь үргэлж хариу өгдөггүй. "
“Энэ үнэхээр том бөгөөд үнэтэй туршилт болж эхэллээ. Хэрэв бид 20 зүйл аваад бүгдийг нь нэг шатанд байлгахыг хичээхийн оронд эдгээр зүйлийн ДНК-ийн дарааллаас урьдчилж таамаглал дэвшүүлээд бүгдийг нь яг ижил стресс эмчилгээнд хамруулж, төрөл бүрийн ген тус бүрт үйлдвэрлэсэн РНХ-ийн хэмжээг хэмжих. ”
Загвар өмсөгч бүсгүйн аз болоход судлаачид 300 гаруй ургамлын зүйлийн геномын дарааллыг хэдийнэ гаргажээ. Олон улсын байнгын хүчин чармайлт нь энэ тоог ойрын хэдэн жилийн хугацаанд 10,000 хүрэхэд хүргэж болзошгүй юм.
Хэдийгээр загвар нь түүний хүлээлтээс аль хэдийнээ давсан боловч Шнабл хэлэхдээ дараагийн алхам нь "өөрсдийгөө болон бусад хүмүүсийг хоёуланг нь итгүүлэх" болно. Өнөөдрийг хүртэлх туршилтын тохиолдол бүрт судлаачид загвар өмсөгчдөөс өмнө нь мэддэг зүйлээ хэлэхийг хүсчээ. Эцсийн шалгалт нь хүн ба машин хоёулаа эхнээс нь эхлэх үед ирнэ гэж тэр хэллээ.
"Дараагийн нэг том туршилт хийх хэрэгтэй гэж бодож байна. Бидэнд ямар ч өгөгдөл байхгүй зүйлийн талаар урьдчилан таамаглах хэрэгтэй" гэж тэр хэллээ. "Хариултаа бид мэдэхгүй ч гэсэн энэ нь үнэхээр үр дүнтэй байдаг гэж хүмүүст итгүүлэхийн тулд."
Тус баг судалгааны үр дүнгээ Үндэсний Шинжлэх Ухааны Академийн Proceedings сэтгүүлд мэдээлэв. Мэн, Лян, Шнабл нар уг судалгааг Небраскагийн Ребекка Ростон, Ян Жан, Самира Махбуб, бакалаврын оюутан Даниел Нгу нар, Шаньдун хөдөө аж ахуйн их сургуулийн зочин судлаач Сиюру Дай нартай хамтран зохиов.
Дэлгэрэнгүй мэдээллийг:
Небраскагийн Линкольны их сургууль
www.unl.edu