Xiaoxi Meng va Zhikai Liang bir necha yil oldin bu g'oyani birinchi marta taklif qilishganda, Jeyms Shnable bunga shubha bilan qaragan. Hech bo'lmaganda.
Agronomiya va bog'dorchilik kafedrasi dotsenti Meng va Liangga, keyin Nebraska -Linkoln universiteti Schnable laboratoriyasida doktorlikdan keyingi tadqiqotchilarga aytgan so'zlarini esladi: "Siz urinib ko'rishingiz mumkin, lekin menimcha, bu ishlamaydi".
U adashgan va o'ylab ko'rganda, bundan baxtli emas edi. Shunga qaramay, o'sha paytda, Shnable qosh ko'tarish uchun etarli asosga ega edi. Duo g'oyasi-sovuqqa sezgir bo'lgan sovuqqa sezgir ekinlarning DNK ketma-ketligi yovvoyi va qattiqroq o'simliklarning muzlash sharoitlariga qanchalik toqat qilishini oldindan aytib berishga yordam beradi, degan jasoratli tuyuldi. Hech bo'lmaganda. Shunday bo'lsa-da, bu past xavfli, yuqori mukofotli taklif edi. Chunki agar Meng va Liang ishlay olsalar, ular sovuqqa sezgir ekinlarni sovuqqa chidamli hamkasbalariga o'xshab bir oz yoki undan ko'p hosil qilish harakatlarini tezlashtirishi mumkin.
Dunyoning eng muhim ekinlari tropik mintaqalarda - Meksikaning janubida makkajo'xori, Afrikaning sharqida - jo'xori - uy sharoitida etishtirildi, bu esa ularga sovuqdan yoki muzlashdan himoyalanishni rivojlantirish uchun hech qanday bosim o'tkazmadi. Qachonki bu ekinlar qattiqroq iqlim sharoitida etishtirilsa, ularning sovuqqa sezgirligi ularni qanchalik erta ekish va kech yig'ib olishni cheklaydi. Qisqa mavsumlar fotosintez uchun kamroq vaqtga to'g'ri keladi, natijada 10 yilga kelib dunyo aholisining hosildorligi kamayadi va oziq -ovqat 2050 milliard kishiga yaqinlashadi.
Sovuq iqlim
Sovuq iqlim sharoitida o'sadigan o'simlik turlari, shu bilan birga, sovuqqa dosh berish uchun fokuslarni ishlab chiqdi. Ular past haroratlarda likvidlikni saqlab qolish uchun hujayra membranalarini qayta konfiguratsiya qilib, membranalarning muzlashi va sinishini oldini oladi. Ular membranalar ichidagi va atrofidagi suyuqliklarga shakar parchalarini qo'shib, muzlash nuqtasini xuddi tuz piyodalar yo'lidagi kabi kamaytirishi mumkin. Ular hatto bu kristallar hujayra parchalanadigan massaga aylanishidan oldin muz kristallarini yumshatuvchi oqsillarni ham ishlab chiqarishi mumkin.
Bu himoya vositalarining barchasi genetik darajadan kelib chiqadi, faqat DNKning ketma -ketligida emas. O'simliklar muzlay boshlaganda, ular ma'lum genlarni o'chirish yoki yoqish orqali javob berishi mumkin - ularning genetik ko'rsatmalarini transkripsiya qilish va bajarishga yo'l qo'ymaslik. Sovuqqa chidamli o'simliklarning qaysi genlari sovuq va sovuq sharoitda o'chib-o'chib turishini bilish, tadqiqotchilarga o'z istehkomlarining poydevorini tushunishga va oxir-oqibat, sovuqqa sezgir ekinlarni yaratishga yordam beradi.
Ammo Shnable, xuddi Meng va Liang singari, hatto bir xil gen ko'pincha o'simlik turlarining, hatto bir -biri bilan chambarchas bog'liq bo'lgan sovuqqa ham turlicha javob berishini bilar edi. Bu shuni anglatadiki, achinarlisi shundaki, genning bir turda sovuqqa qanday munosabatda bo'lishini tushunish, boshqa turdagi genlarning xulq -atvori to'g'risida o'simlik olimlariga deyarli hech narsa aytmaydi. Bu oldindan aytib bo'lmaydiganlik, o'z navbatida, genlarni nima o'chirishi yoki faollashishini belgilaydigan qoidalarni o'rganishga to'sqinlik qildi.
"Biz genlarning nima uchun o'chayotganini va ochilishini tushunishda hali ham yomonmiz", dedi Shnable.
Misr o'simliklari
Qoidalar kitobi yo'qligi sababli, tadqiqotchilar sun'iy intellektning o'ziga xos uslubini yozadigan mashinani o'rganishga murojaat qilishdi. Ular maxsus nazorat ostida tasniflash modelini ishlab chiqdilar-bu, masalan, mushuklar va mushuklarning etarlicha yorliqli tasvirlari taqdim etilganda, oxirgisini ikkinchisidan ajratishni o'rganishi mumkin. Dastlab guruh o'z maketini makkajo'xori genlarining ulkan to'plamini, shuningdek, muzlash haroratiga duch kelganida, bu genlarning o'rtacha faollik darajasini taqdim etdi. Shuningdek, model har bir makkajo'xori geni uchun "biz o'ylagan har bir xususiyat" bilan ta'minlangan, dedi Schnable, uning uzunligi, barqarorligi va boshqa makkajo'xori o'simliklarida mavjud bo'lgan boshqa versiyalaridan farqlari.
Keyinchalik, tadqiqotchilar o'z modellarini sinab ko'rishdi, bu genlarning bir qismidan faqat bitta ma'lumotni yashirishdi: ular sovuqning boshlanishiga javob berishdimi yoki yo'qmi. Aytilishicha, javob beradigan yoki javob bermaydigan genlarning xususiyatlarini tahlil qilib, model bu xususiyatlarning qaysi kombinatsiyalari har biriga mos kelishini aniqladi va keyin qolgan sirli qutilarning ko'p qismini muvaffaqiyatli o'z toifalariga kiritdi.
Bu umid beruvchi boshlanish edi, shubhasiz. Ammo haqiqiy sinov qoldi: model bir turda olgan ta'limini boshqasiga qo'llay oladimi?
Javob aniq ha edi. Olti turdan bittasi - makkajo'xori, jo'xori, inju tari, proso tariq, tulki dumi yoki o'tloqli DNK ma'lumotlari bilan o'rgatilgandan so'ng, model, qolgan beshtasidan qaysi birining muzlashiga javob berishini taxmin qila oldi. Shnablning ajablanarlisi shundaki, model hatto sovuqqa sezgir turlar-makkajo'xori, jo'xori, inju yoki tariq tariqasida o'rgatilganida ham o'z kuchini saqlab qoldi, lekin sovuqqa chidamli dumli dumli yoki o'tloqli o'tlarda genlarning javobini bashorat qilish vazifasi yuklandi.
model
"Biz o'rgatgan modellar deyarli turlar bo'yicha yaxshi ishladi, go'yo sizda bitta turdagi ma'lumot bor edi va xuddi shu turda bashorat qilish uchun ichki ma'lumotlardan foydalangansiz", dedi u bir necha oydan keyin ovozida. "Men buni haqiqatan ham bashorat qilmagan bo'lardim."
"Biz bu ma'lumotlarning barchasini kompyuterga yuklashimiz va bashorat qilish uchun hech bo'lmaganda ba'zi qoidalarni aniqlab berishimiz mumkin, degan fikr men uchun hali ham hayratlanarli."
Bu bashoratlar alternativani ko'rib chiqishda ayniqsa foydali bo'lishi mumkin. Taxminan o'n yil davomida o'simlik biologlari tirik o'simlikning har bir geni tomonidan ishlab chiqarilgan DNK ko'rsatmalarini transkripsiya qilish va tashish uchun mas'ul bo'lgan RNK molekulalari sonini aniqlay olishdi. Shnablning so'zlariga ko'ra, bu gen ifodasi tirik namunalarda va bir nechta turlarda sovuqqa qanday javob berishini solishtirish juda mashaqqatli ishdir. Bu, ayniqsa, urug'ini olish qiyin bo'lgan yovvoyi o'simliklar uchun to'g'ri keladi. Bu urug'lar umuman kutilmaganda unib chiqmasligi mumkin va o'sishi uchun yillar kerak bo'ladi. Agar shunday bo'lsa ham, har bir hosil bo'lgan o'simlik bir xil, nazorat ostida muhitda o'stirilishi va bir xil rivojlanish bosqichida o'rganilishi kerak.
Ko'proq turlar
Bularning barchasi, o'z genlarining sovuqqa javoblarini takrorlash va statistik baholash uchun, yetarlicha yovvoyi turlardan yetarlicha yovvoyi namunalarni etishtirish uchun katta qiyinchilik tug'diradi.
"Agar biz haqiqatan ham o'simlikning sovuqqa moslashishida muhim rol o'ynaydigan genlarni bilishni istasak, biz ikkitadan ortiq turni ko'rib chiqishimiz kerak", dedi Shnable. "Biz sovuqqa chidamli turlarga va sezgir guruhlarga va" bir xil gen har doim boshqasiga javob bermaydi. "
"Bu haqiqatan ham katta va qimmat tajribaga aylana boshlaydi. Agar biz, masalan, 20 turni olib, ularning hammasini bir bosqichda olishga urinish o'rniga, ularni DNK ketma -ketligidan bashorat qila olsak, juda yaxshi bo'lardi, hammasini bir xil stressli davolash usullaridan o'tkazib, Har bir tur uchun har bir gen uchun ishlab chiqarilgan RNK miqdorini o'lchang.
Yaxshiyamki, model uchun tadqiqotchilar allaqachon 300 dan ortiq o'simlik turlarining genomlarini tartiblashdi. Uzluksiz davom etayotgan xalqaro harakatlar kelgusi bir necha yil ichida bu raqamni 10,000 mingtaga etkazishi mumkin.
Model allaqachon kutganidan oshib ketgan bo'lsa -da, Shnable keyingi bosqichga "o'zimizni ham, boshqa odamlarni ham hozirgacha yaxshi ishlayotganiga ishontirishni" o'z ichiga oladi, dedi. Bugungi kunga qadar o'tkazilgan har bir sinovda, tadqiqotchilar modeldan ular bilganlarini aytib berishni so'rashgan. Uning so'zlariga ko'ra, oxirgi sinov odamlar ham, mashina ham noldan boshlanganda keladi.
"Menimcha, biz qilishimiz kerak bo'lgan navbatdagi katta tajriba - bizda umuman ma'lumot yo'q tur haqida bashorat qilish", dedi u. "Odamlarni ishontirish uchun, bu haqiqatan ham biz javoblarni bilmaydigan hollarda ishlaydi."
Jamoa o'z xulosalarini Proceedings of the National Academy of Sciences jurnalida e'lon qildi. Meng, Liang va Shnable Shandong qishloq xo'jaligi universitetining tashrif buyurgan olimi Xiuru Day bilan birgalikda Nebraska shtatidan Rebekka Roston, Yang Chjan, Samira Mahbub va bakalavr talabasi Daniel Ngu bilan birgalikda tadqiqot muallifi bo'lishdi.
Qo'shimcha ma'lumot olish uchun:
Linkoln, Nebraska universiteti
www.unl.edu