Memahami alam semesta genetika jagung

Memahami alam semesta genetika jagung


Newswise – AMES, Iowa – Bank benih di seluruh dunia menyimpan dan melestarikan keanekaragaman genetik jutaan varietas tanaman. Koleksi besar materi genetik ini memastikan akses pemulia tanaman ke kekayaan genetika yang dapat digunakan untuk membiakkan tanaman yang menghasilkan lebih baik atau melawan stres dan penyakit.

Tapi, dengan dunia genetika jagung yang mereka miliki, bagaimana pemulia tanaman mengetahui varietas mana yang layak dipelajari dan mana yang tidak? Untuk sebagian besar sejarah, itu membutuhkan penanaman varietas dan mempelajari kinerjanya di dunia nyata. Tetapi analisis data dan genom yang inovatif dapat membantu pemulia tanaman memprediksi kinerja varietas baru tanpa harus berusaha menumbuhkannya.

Jianming Yu, seorang profesor agronomi di Iowa State University dan Pioneer Distinguished Chair in Jagung Breeding, telah mencurahkan sebagian besar penelitiannya pada “turbo charging” pada stok genetik dalam jumlah yang tampaknya tak terbatas yang terkandung di bank benih dunia. Yu dan rekan-rekannya telah menerbitkan sebuah artikel di Plant Biotechnology Journal, sebuah publikasi ilmiah, yang merinci upaya terbaru mereka untuk memprediksi sifat-sifat pada jagung berdasarkan genomik dan analisis data.

Pemulia tanaman yang mencari varietas untuk diuji mungkin merasa tersesat di lautan materi genom. Yu mengatakan, menerapkan analisis data lanjutan ke semua genom tersebut dapat membantu pemulia mempersempit jumlah varietas yang mereka minati dengan lebih cepat dan lebih efisien.

“Kami selalu mencari kombinasi genetik terbaik, dan kami mencari berbagai kombinasi untuk melihat varietas apa yang ingin kami uji,” kata Xiaoqing Yu (tidak ada hubungannya), mantan rekan penelitian pascadoktoral di lab Yu dan penulis pertama dari belajar. “Memiliki prediksi ini dapat memandu proses penelusuran kami.”

Penelitian difokuskan pada prediksi delapan sifat jagung berdasarkan pucuk meristem apikal (SAM), ceruk sel induk mikroskopis yang menghasilkan semua organ tanaman di atas tanah. Para peneliti menggunakan pendekatan analitis mereka untuk memprediksi sifat-sifat pada 2.687 varietas kawin jagung yang beragam berdasarkan model yang mereka kembangkan dari mempelajari 369 varietas kawin yang telah ditanam dan meristem apikal pucuknya digambarkan dan diukur di bawah mikroskop.

Para peneliti kemudian memvalidasi prediksi mereka dengan data yang diperoleh dari 488 keturunan untuk menentukan akurasi prediksi mereka berkisar antara 37% hingga 57% di delapan sifat yang mereka pelajari.

“Kami ingin menghubungkan penelitian dalam mekanisme biologis dasar dari pertumbuhan dan diferensiasi sel dengan perbaikan agronomi jagung,” kata Mike Scanlon, seorang profesor biologi perkembangan di Cornell University dan peneliti utama dari tim multi-institusi di balik penelitian tersebut. “Pengukuran morfometrik SAM pada bibit jagung memungkinkan penyelesaian siklus studi dengan cepat. Ini tidak hanya memungkinkan koneksi itu, tetapi juga memperluas praktik prediksi genom ke dalam ruang mikropenotipe. “

Jianming Yu mengatakan pemulia tanaman dapat meningkatkan akurasi prediksi genomik tersebut dengan meningkatkan jumlah tanaman per kawin untuk pengukuran dan algoritma prediksi yang meningkatkan temuan. Lebih penting lagi, pemulia tanaman dapat menyempurnakan proses seleksi mereka yang akan dipelajari lebih dekat oleh keturunan bawaan dengan memanfaatkan “nilai U”, sebuah konsep statistik yang memperhitungkan keandalan perkiraan. Yu mengatakan studi tersebut menunjukkan bahwa menerapkan proses seleksi yang memperhitungkan prediksi dan keandalan statistik dapat membantu pemulia tanaman menemukan genetika tanaman yang diinginkan lebih cepat.

Misalnya, model analitis mungkin memprediksi keturunan tertentu memiliki potensi sederhana untuk sifat tertentu, tetapi nilai U, atau batas atas untuk keandalan, mungkin menunjukkan tingkat ketidakandalan yang tinggi dalam prediksi tersebut. Jadi, pemulia tanaman mungkin memilih untuk menguji inbrida yang tidak berhasil dengan baik dalam model prediksi hanya karena keunikan genetik mereka, yang kurang terkait dengan yang digunakan dalam membangun model prediksi.

“Kami menemukan bahwa ada keseimbangan antara memilih untuk mengoptimalkan keuntungan jangka pendek dan keragaman pertambangan,” kata Yu. “Ini adalah keseimbangan yang sulit bagi pemulia tanaman. Pertimbangan tersebut terkadang mengarah ke arah yang berbeda. Perbaikan genetik dapat dipandang sebagai eksplorasi ruang angkasa, baik dari sejumlah besar materi genetik yang ada di bank benih atau dari keturunan pengembangbiakan yang tak terhitung banyaknya yang terus-menerus dihasilkan. Kami ingin mengembangkan alat yang lebih baik untuk memandu keputusan tersebut dalam prosesnya. “

Peneliti Iowa State lainnya termasuk Xianran Li, asisten profesor agronomi; Tingting Guo, ilmuwan peneliti di bidang agronomi; dan Patrick Schnable, Ketua Diberkahi Dewan Promosi Jagung Iowa di bidang Genetika, direktur Institut Ilmu Tanaman ISU dan profesor agronomi. Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation, Plant Sciences Institute dan Pusat Pemuliaan Tanaman Universitas Negeri Iowa, Raymond F. Baker.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author