키메라 식물-두 세계의 최고

키메라 알&칩(왼쪽 사진)과 톰타토(오른쪽 사진)식물은 밀접한 관련 종을 포함하는 이식편입니다. 접목을보다 일반적으로 적용 할 수 있다면 다른 키메라가 가능할 수 있습니다.

사진:톰슨&모건

한 식물(자제)의 싹을 자르고 다른 식물(뿌리 줄기)에 합류하거나 접목하는 것은 수천 년 동안 재배자들의 관행이었습니다. 그 결과 키메라 유기체는 원하는 특성을 가진 과일과 채소의 번식,과일 수확을 용이하게하기위한 나무 크기 조절,파괴적인 곤충 인 필록세라에 내성이있는 대목에 엘리트 와인 품종 자제를 보존 할 수있었습니다. 대부분의 식물 종은 그들 자신에게,일부는 밀접하게 관련된 종에 이식되지만,식물은 더 먼 친척에게 성공적으로 이식되는 경우는 거의 없습니다(1). 이 문제의 698 페이지에서 노타구치 등. (2)담배 식물 니코 티아나 벤타 미나와 종의 넓은 범위 사이의 이식의 설립을 촉진하는 주요 효소 활성을 확인. 그들은 두 개의 양립 할 수없는 종을 사용하여 이식 할 수 있음을 보여줍니다. 이것은 실질적으로 키메라를 생성 할 수있는 종의 조합을 확장 할 수 있습니다.

두 종 간의 호환성 절단 경계에서 성공적인 이식 연합의 설립 및 복합,이식된 식물의 확장된 생존에 따라 달라 집니다. 다른 호환 호환 되지 않는 상호 작용,자기 또는 여성 꽃 기관에 의해 하지-자기 꽃가루의 인식과 같은 대조적으로 이식 구성 요소 간의 특정 인식 메커니즘에 대 한 증거는 아직. 그것은 중요 한,하지만,잘라 표면에 셀 서로 준수 하기 시작,그 경계 분할 및 성장,세포 및 혈관,물,영양소,및 장거리 신호 분자 뿌리에서 식물의 공중 부분의 전송에 필요한 다시 연결(1). 노타구치 외. 세포 세포 접착을 승진시키기에 있는 특정한 셀룰라아제를 내포하십시오. 셀룰라아제가 이 생리적인 과정을 촉진하는 방법 잔여 질문입니다.

셀룰라아제는 식물 세포벽(3)의 주요 스캐 폴딩 구성 요소 인 셀룰로오스를 소화시키는 작용을하며,이는 혈관계의 세포벽 또는 자제와 뿌리 줄기 사이의 다른 세포 유형 사이의 셀룰로오스 미세 섬유의 개조 및 융합을 가능하게 할 수 있습니다. 또 다른 가능성은 셀룰로오스 분해가 세포벽 무결성에 대한 감시 메커니즘을 유발하여 세포벽 생합성을 촉진한다는 것입니다(3). 다른 식물 종의 세포벽은 매우 다른 조성을 가질 수 있지만(3),셀룰로오스는 항상 구성 요소이며,이는 기판으로 셀룰로오스를 표적으로하는 효소 활성이 분류 학적으로 먼 종 사이의 호환성을 촉진하는 것으로 보이는 이유를 설명 할 수 있습니다.

같은 종의 식물 간에 이식할 수 있는 능력은 식물 연구에서 장거리 신호 전달 분야를 열었다. 뿌리 줄기에서 유래 한 식물 호르몬 플로리 겐은 개화를 촉진하는 요인으로 확인되었으며 스트리고락톤은 분지를 촉진하는 식물 호르몬으로 확인되었습니다. 이 식(1)와 함께 해명 했다. 이식은 또한 다른 식물 종의 게놈 간의 평생 상호 작용,뿌리 시스템의 아키텍처가 식물의 활력과 건강에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지,새로운 작물 종의 디자인을 연구 할 수있게합니다. 이식으로 인한 상업적 성공의 예로는 땅 위의 뿌리와 토마토에서 감자를 생산하는 식물 인 톰 타토와 감자 뿌리 줄기의 가지 자제 인 계란&칩(4)이 있습니다(사진 참조). 토마토,가지 및 감자는 담배와 함께 같은 가족 인 가지과에 속하므로 자연스럽게 접목 할 수 있습니다.

노타구치 외. 벤타미아나 자제 또는 뿌리 줄기가 계통 발생 학적으로 먼 콩과 국화뿐만 아니라 38 개의 꽃 식물(피자 식물)가족의 대표자에게 이식 될 수 있음을 입증하십시오. 자제와 뿌리 줄기로 사용할 수있는 종의 조합을 확장함으로써 접목 기술은 먼 친척들 사이에 키메라를 생성하여보다 지속 가능한 농업 발자국에 기여하고 생물 다양성을 보존하는 데 도움이 될 수 있습니다.

기후 변화에 따라 여러 생물 적 및 비 생물 적 스트레스 요인이 증가하고 있으며,이는 많은 농경 및 채소 작물의 수확량 격차,이론 및 실제 수확량의 차이를 악화시킨다. 가뭄 또는 병원체 내성 또는 내염성 대목은 자연적으로 또는 유전자 조작으로 원하는 품종의 성장 범위를 확장 할 수 있습니다. 유두 뿌리(꽃 식물의 두 클래스 중 하나)의 넓은 범위에 걸쳐 이식 할 수있는 능력은 종에 걸쳐 허용 오차 특성을 컴파일 할 수있는 도구를 제공합니다:이러한 특성은 다원이며,따라서 쉽게 하나 또는 몇 트랜스 유전자를 엔지니어링에 의해 해결되지. 물 또는 온도 스트레스에 대한 나무 종의 탄력성의 유전 적 차이는 일부 종을 기후 변화의 예상 시간 척도에서 특히 취약하게 만들 것입니다(5). 튼튼한 대목은 번식 프로그램이 달성 할 수있는 것보다 짧은 시간 내에 위험에 처한 종을 보존하는 데 사용될 수 있습니다.

사진: 톰슨&모건

친숙 함과 용이함,호환 종에 대한 프로세스의 자동화와 함께,수확량과 제품의 품질을 높이고,새로운 환경에서 과일과 야채를 성장하는 매력적인 전략 접목 기술의 재배 수용했다. 이식은 또한 유전자 변형 유기체에 대한 현재 제한을 우회 할 수있는 무성 생식 식물 번식 기술입니다(유전자 변형)(6). 예를 들어,자제 품종의 토양 매개 질병 감수성을 극복하기 위해 유전자 변형 대목에 이식하는 것은 질병 저항성 과일 자체가 유전자 변형되지 않았기 때문에 규제 장애물을 극복 할 수 있습니다(7). 대목은 자제의 유전자 발현을 침묵시키기 위해 체계적으로 퍼져 식물의 공중 부분의 특성을 간접적으로 수정하도록 변형 될 수 있습니다(6). 마찬가지로 유전자 조작 된 자제는 감자 및 카사바와 같은 뿌리 또는 괴경 작물의 기존 품종의 생산성을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 트랜스 그래프트 된 식물은 형질 전환 생성물의 형질 전환 흐름 또는 탈출에 대한 우려를 해결할 잠재력이 있습니다(8).

남은 중요한 기술적 문제는 단자엽 종(유두 외에 다른 종류의 꽃 피는 식물)에 대한 접목의 실패이다. 밀,쌀,옥수수는 전 세계 인간 칼로리의 3 분의 2 를 제공합니다(9). 이들 및 다른 외배엽 식물의 혈관 구조는 다른 모든 꽃 피는 식물의 혈관 구조와 다르며,외배엽 및 외배엽 사이의 이식편은 체관부 및 목부 혈관 구조를 다시 연결하는 해부학 적 비 호환성 때문에 실패 할 수 있습니다. 기생 식물 스트리가는 성공적으로 침입하여 쌀의 혈관에 연결하는 유당입니다. 따라서 기생의 자연적 메커니즘을 설명하는 것은 유용한 통찰력을 제공 할 수 있습니다(1). 그러나 단일 코트의 자제는 또한 단일 코트의 뿌리 줄기에 성공적으로 이식되지 못합니다. 이 한계를 이해하고 극복하는 것은 미래의 세계 식량 안보를 보호하는 데 중요합니다.

식물은 지구와 물,공기와 빛의 세계에 있는 공중 부분의 세계에 그들의 뿌리와 두 세계에 걸쳐. 현재의 인류세에서 새로운 기계 론적 이해에 의해 정보를 얻은 고대 기술은 식물과 인간이 두 세계의 최고를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.