Вақте ки Сяоси Мэн ва Жикай Лианг бори аввал ин идеяро чанд сол пеш пешниҳод карданд, Ҷеймс Шнабле шубҳа дошт. Барои камтар гуфтан.
"Хуб, шумо метавонед кӯшиш кунед, аммо ман фикр намекунам, ки ин кор хоҳад кард"" гуфт дотсенти агрономӣ ва боғдорӣ ба Менг ва Лианг, муҳаққиқони баъд аз докторантура дар лабораторияи Шнабл дар Донишгоҳи Небраска-Линколн.
Вай хато кард ва дар паси андеша, ҳеҷ гоҳ хушбахт набуд. Бо вуҷуди ин, Шнабле дар он вақт барои баланд кардани абрӯ сабабҳои одилонае дошт. Идеяи ин дуэт - ки пайдарпаии ДНК-и зироатҳои ба хунук ҳассос, ки ба сардиҳои сахт таслим мешаванд, метавонанд пешгӯӣ кунанд, ки чӣ гуна растаниҳои ваҳшӣ ва сахттар ба шароити яхкунӣ таҳаммул мекунанд, далерона менамуд. Барои камаш гуфтан. Бо вуҷуди ин, ин як пешниҳоди хатари кам ва мукофоти баланд буд. Зеро, агар Мэн ва Лианг тавонистанд, ки онро ба кор андозанд, он метавонад кӯшишҳои зудро пайгирӣ кунад, то зироатҳои ба хунук ҳассосро каме ё ҳатто бештар ба ҳамтоёни худ ба сард тобовар созанд.
Баъзе аз муҳимтарин зироатҳои ҷаҳон дар минтақаҳои тропикӣ парвариш карда шуданд - ҷуворимакка дар ҷануби Мексика, сорго дар Африқои шарқӣ, ки ба онҳо барои таҳкими муҳофизат аз сармо ё яхкунӣ фишори интихобӣ намерасонд. Вақте ки ин зироатҳо дар иқлими сахттар парвариш карда мешаванд, ҳассосияти онҳо ба хунукӣ то чӣ андоза барвакт шинондан ва то чӣ андоза дер ҷамъоварӣ кардан мумкин аст. Фаслҳои кӯтоҳтари афзоиш барои фотосинтез вақти камтарро баробар мекунанд, ки дар натиҷа ҳосили камтар ва ғизои камтар барои аҳолии ҷаҳон то соли 10 ба 2050 миллиард нафар наздик мешавад.
Иқлими сард
Намудҳои растаниҳо, ки аллакай дар иқлими сардтар мерӯянд, дар айни замон барои тобоварӣ ба сармо ҳилаҳо таҳия карданд. Онҳо метавонанд мембранаҳои ҳуҷайравии худро аз нав танзим кунанд, то пардохтпазириро дар ҳарорати паст нигоҳ доранд ва аз яхкунӣ ва шикастани мембранаҳо пешгирӣ кунанд. Онҳо метавонанд ба моеъҳо дар дохили он мембранаҳо ва атрофи он қатраҳои қанд илова кунанд ва нуқтаи яхбандии онҳоро ҳамон тавре ки намак барои пиёдагардон паст мекунад. Онҳо ҳатто метавонанд сафедаҳое истеҳсол кунанд, ки кристаллҳои хурди яхро пеш аз он ки ин кристаллҳо ба массаҳои вайронкунандаи ҳуҷайраҳо табдил ёбанд.
Ҳамаи ин муҳофизатҳо дар сатҳи генетикӣ пайдо мешаванд, гарчанде ки на танҳо дар пайдарпаии худи ДНК. Вақте ки растаниҳо ях карданро оғоз мекунанд, онҳо метавонанд бо роҳи хомӯш ё фаъол кардани генҳои муайян посух диҳанд - пешгирӣ ё иҷозат додани дастурҳои генетикии онҳо транскрипсия ва иҷро карда шаванд. Донистани он, ки кадом генҳои растаниҳои ба сармо тобовар дар шароити сардиҳои сард хомӯш ва фаъол мешаванд, метавонад ба муҳаққиқон кӯмак кунад, ки заминаи мустаҳкамии онҳоро дарк кунанд ва дар ниҳоят, муҳандисии муҳофизати шабеҳро ба зироатҳои ба хунук ҳассос созанд.
Аммо Шнабле инчунин медонист, ки Мэн ва Лианг медонистанд, ки ҳатто як гени якхела аксар вақт ба хунукӣ дар тамоми намудҳои растаниҳо, ҳатто ба наздикони наздик ҷавоб медиҳад. Ин маънои онро дорад, ки таассуфовар аст, ки фаҳмидани он ки ген ба хунукӣ дар як намуд чӣ гуна вокуниш нишон медиҳад, майл ба олимони растанӣ дар бораи рафтори ген дар дигараш қариб ҳеҷ чизи дақиқ намегӯяд. Ин пешгӯинашаванда, дар навбати худ, ба кӯшишҳои омӯхтани қоидаҳое, ки генҳоро ғайрифаъол ё фаъол мекунанд, монеъ шуд.
"Мо то ҳол дар ҳақиқат ва хеле бад дарк мекунем, ки чаро генҳо хомӯш ва фаъол мешаванд" гуфт Шнабле.
Растаниҳои ҷуворимакка
Набудани китоби қоида, муҳаққиқон ба омӯзиши мошинсозӣ, як шакли зеҳни сунъӣ муроҷиат карданд, ки аслан худашро навишта метавонад. Онҳо махсусан як модели таснифоти назоратшавандаро таҳия карданд - навъе, ки ҳангоми пешниҳоди тасвирҳои кофии нишондодашуда, масалан, гурбаҳо ва гурбаҳо, дар ниҳоят фарқ кардани аввалинро аз охирин омӯхта метавонанд. Даста дар аввал модели худро бо миқдори зиёди генҳои пайдарпай аз ҷуворимакка ва инчунин сатҳи миёнаи фаъолияти ин генҳо ҳангоми зери ҳарорати яхкунӣ дар растанӣ пешниҳод кард. Модел инчунин барои ҳар як гени ҷуворимакка "ҳар хусусияте, ки мо дар бораи он фикр мекардем" ғизо дода шуд, гуфт Шнабле, аз ҷумла дарозии он, устувории он ва ҳама фарқиятҳои байни он ва дигар версияҳои он дар дигар растаниҳои ҷуворимакка.
Баъдтар, муҳаққиқон модели худро бо роҳи пинҳон кардани як ҷузъи ин генҳо озмоиш карданд: оё онҳо ба фарорасии ҳарорати яхкунӣ ҷавоб доданд ё не. Бо таҳлили хусусиятҳои генҳо, ки ба он гуфта шуда буд, посухгӯӣ ё беэътиноӣ буданд, модел муайян кард, ки кадом комбинатсияи ин хусусиятҳо ба ҳар кадоми онҳо мувофиқанд - ва сипас аксарияти генҳои боқимондаи қуттии асрорро бомуваффақият ба категорияҳои дурусти худ ҷойгир кард.
Ин оғози умедбахш буд, бешубҳа. Аммо санҷиши воқеӣ боқӣ монд: оё модел метавонад омӯзиши дар як намуд гирифтаашро гирифта, онро ба намуди дигар татбиқ кунад?
Ҷавоб бале қатъӣ буд. Пас аз омӯхтани маълумотҳои ДНК танҳо аз яке аз шаш намуд - ҷуворимакка, сорго, арзан, арзан, арзани рӯбоҳ ё коммутатор - модел умуман тавонист пешгӯӣ кунад, ки кадом генҳо дар яке аз панҷ намуди дигар ба яхкунӣ ҷавоб медиҳанд. Тааҷҷубоваронаи Шнабле, модел ҳатто вақте ки он дар як навъҳои ба хунук ҳассос - ҷуворимакка, сорго, марворид ё арзан омӯзонида шуда буд, устувор монд, аммо вазифадор буд, ки аксуламали генро дар арзани рӯбоҳ ё алафи ба сард тобовар пешгӯӣ кунад.
намуна
"Моделҳое, ки мо омӯхтем, тақрибан дар тамоми намудҳо кор мекарданд, ки гӯё шумо воқеан дар як намуд маълумот доред ва маълумоти дохилиро барои пешгӯиҳо дар ҳамон намуд истифода мебаред" гуфт ӯ, як ишораи тааҷҷубовар дар садои ӯ моҳҳо пас. "Ман дар ҳақиқат инро пешгӯӣ намекардам."
"Идеяи он, ки мо метавонем ҳама ин маълумотро ба компютер интиқол диҳем ва он метавонад ҳадди аққал баъзе қоидаҳоро барои пешгӯиҳои коршоям муайян кунад, то ҳол барои ман аҷиб аст."
Ин пешгӯиҳо метавонанд махсусан ҳангоми баррасии алтернатива муфид бошанд. Тақрибан даҳ сол, биологҳои растанӣ воқеан тавонистанд шумораи молекулаҳои РНК-ро чен кунанд - онҳое, ки барои транскрипсия ва интиқоли дастурҳои ДНК масъуланд - аз ҷониби ҳар як ген дар растании зинда тавлид мешаванд. Аммо муқоиса кардани он, ки ин ифодаи ген ба хунукӣ дар намунаҳои зинда ва дар байни намудҳои гуногун чӣ гуна вокуниш нишон медиҳад, як кори душвор аст, гуфт Шнабле. Ин махсусан ба растаниҳои ваҳшӣ дахл дорад, ки ҳатто ба даст овардани тухми онҳо душвор аст. Ин тухмиҳо метавонанд ҳангоми интизорӣ сабзида нашаванд ва барои нашъунамо солҳо тӯл мекашанд. Ҳатто агар онҳо кунанд, ҳар як растании ҳосилшуда бояд дар муҳити якхела ва назоратшаванда парвариш карда шавад ва дар ҳамон марҳилаи рушд омӯхта шавад.
Намудҳои бештар
Ҳамаи ин барои парвариши намунаҳои ваҳшӣ, аз намудҳои кофии ваҳшӣ, барои такрор кардан ва баҳодиҳии оморӣ вокунишҳои генҳои онҳо ба хунукӣ мушкилоти зиёд ба бор меорад.
"Агар мо воқеан бихоҳем, ки кадом генҳо муҳиманд - ин воқеан дар мутобиқ шудани растанӣ ба хунукӣ нақш мебозад - мо бояд беш аз ду намудро бубинем" гуфт Шнабл. "Мо мехоҳем ба як гурӯҳи намудҳо, ки ба хунукӣ тобоваранд ва гурӯҳи ҳассосро бубинем ва ба намунаҳо назар андозем: "Ин як ген ҳамеша дар яке посух медиҳад ва дар дигараш ҳамеша ҷавоб намедиҳад."
"Ин ба як таҷрибаи воқеан бузург ва гаронбаҳо табдил меёбад. Ин хеле хуб мебуд, агар мо метавонистем танҳо аз рӯйи пайдарпаии ДНК-и ин намудҳо пешгӯӣ кунем, ба ҷои он ки 20 намудро бигирем ва кӯшиш кунем, ки ҳамаи онҳоро дар як марҳила ба даст орем, ҳамаро тавассути ҳамон як табобати стресс гузаронем ва миқдори РНК-ро барои ҳар як ген дар ҳар як намуд чен кунед."
Хушбахтона, барои модел, муҳаққиқон аллакай геномҳои зиёда аз 300 намуди растаниро тартиб додаанд. Саъю кӯшиши байнулмилалӣ метавонад дар тӯли чанд соли оянда ин рақамро то ба 10,000 расонад.
Ҳарчанд модел аллакай аз интизориҳои хоксоронаи худ бартарӣ дошт, Шнабле гуфт, ки қадами навбатӣ бо вуҷуди ин "боварӣ додани ҳам худамон ва ҳам одамони дигар" -ро дар бар мегирад, ки он то ҳол хуб кор мекунад. Дар ҳар як ҳолати санҷишӣ, муҳаққиқон аз модел хоҳиш кардаанд, ки ба онҳо чизеро, ки аллакай медонистанд, нақл кунад. Санҷиши ниҳоӣ, гуфт ӯ, вақте меояд, ки ҳам одамон ва ҳам мошин аз сифр оғоз мекунанд.
"Таҷрибаи навбатии бузурге, ки ман фикр мекунам, ки мо бояд анҷом диҳем, пешгӯӣ кардан дар бораи намудҳое аст, ки мо умуман маълумот надорем" гуфт ӯ. "Барои итминон додани одамон, ки он воқеан дар ҳолатҳое кор мекунад, ки ҳатто мо ҷавобҳоро намедонем."
Ин даста бозёфтҳои худро дар маҷаллаи Proceedings of Academy National Sciences хабар додааст. Менг, Лианг ва Шнабл тадқиқотро бо Ребекка Ростон аз Небраска, Янг Чжан, Самира Маҳбуб ва донишҷӯи бакалавр Даниэл Нгу дар якҷоягӣ бо Сиуру Дай, олими меҳмони Донишгоҳи кишоварзии Шандун таҳия кардаанд.
Барои маълумоти бештар:
Донишгоҳи Небраска Линколн
www.unl.edu