L'étude de la génétique des plantes en laboratoire ne peut pas réaliser son potentiel jusqu'à ce qu'il comprenne une référence à l'environnement naturel dans lequel les plantes ont évolué. Génétiquement équipé des laboratoires de terrain et des biologistes de terrain moléculairement formés sont nécessaires pour explorer les liens entre les plantes et leur environnement, et de les utiliser pour une application pratique. Exploiter certains traits de la plante peut aider à produire des cultures à haut rendement convenant à un réchauffement de la planète.
Les plantes influencent tout de la chaîne alimentaire au changement climatique. Pourtant, nous savons peu de choses sur les traits qui permettent aux plantes de survivre et de s'adapter à leur habitat ou à un réchauffement de la planète. Nous sommes loin d'être en mesure d'exploiter ces adaptations pour notre propre bénéfice. Notre incapacité à comprendre ces traits est en partie due à la scission de la recherche en biologie moléculaire dans les disciplines-cellulaires et écologique-évolutionnistes. Une nouvelle génération de scientifiques de plantes est nécessaire pour réaliser le plein potentiel de la génétique des plantes.
PLANTES ET L'ENVIRONNEMENT
Les plantes constituent la base de la plupart des chaînes alimentaires sur la planète. Pour transmettre leurs gènes, les plantes doivent trouver des partenaires, pour éviter d'être mangé et compétition pour les ressources dans un environnement en constante évolution - tout en étant cloué sur place. Ils ont développé une multitude de stratégies pour faire face à ces défis environnementaux.
La plupart des stratégies d'adaptation sont chimiques, beaucoup impliquant la production de métabolites secondaires, tels que des alcaloïdes et des stéroïdes, que nous, à son tour, comptons comme base de notre livre de recettes pharmacologique. Quelque 100.000 métabolites secondaires ont été découverts à ce jour, et les progrès technologiques vont probablement voir ce nombre double dans la prochaine décennie.
L'environnement façonne les plantes, mais les plantes influencent également l'environnement. Ils stockent le carbone, fixent l’azote et produisent de l’oxygène. Ils façonnent les conditions météorologiques, fournissent une défense contre les inondations, purifier l'eau, fournissent de la nourriture, et offrent un réconfort et d'inspiration.
Avec près de 7 milliards d'êtres humains affectant la composition de l'environnement de la planète, cependant, les plantes sont obligées de fonctionner dans des conditions en dehors de leur expérience de l'évolution récente, et on ne sait pas ce que l'entraînement sur les effets seront. Des études de modélisation commencent à démêler les liens entre notre environnement changeant et la santé des écosystèmes, mais d'autres recherches sont nécessaires pour informer la législation.
HÉRITAGE GÉNÉTIQUE
Génétique végétale fournira quelques-unes des réponses. Les génomes de plantes ont été façonnés par des centaines de millions d'années de sélection naturelle, et ainsi de réaliser un enregistrement génétique de comment les plantes se sont adaptées aux changements environnementaux précédent. Notre destruction sans motif des espèces végétales signifie que cet héritage biologique est en train de disparaître, cependant, comme nous développons les outils nécessaires pour comprendre et utiliser.
La révolution plante-génomique a commencé quand arabette (Arabidopsis thalania) est devenue la première plante à avoir son génome séquencé. Depuis lors, il a été trouvé pour contenir plus de diversité » à grains grossiers» génétique que l’on pensait, avec des plantes individuelles différant parfois par des centaines de gènes . Malgré ses quelque 500 000 polymorphismes nucléotidiques simples (SNP), Arabidopsis contient seulement six grands groupes métaboliques, ce qui suggère que seules quelques régions génétiques variables entraînent métaboliquement phénotypes distincts . La compréhension de ces sources de variation génétique devrait faire la lumière sur l'adaptation des plantes aux changements environnementaux.
Bien que les méthodes à haut débit et une réduction des coûts de séquençage ont fait de telles analyses plus accessibles, comment les nucléotides interagissent pour produire la corne d'abondance de substances dans les plantes est encore inconnue. Les études de ces substances - protéomes et métabolomes - sont encore à leurs débuts, et un défi majeur sera le tricotage ensemble de ces études pour comprendre comment l'environnement façonne la traduction des génomes en phénotypes adaptatifs.
Les plantes partagent des liens étroits avec d'autres organismes, tels que les microbes, les insectes et herbivores, lesquels génèrent des signaux qui peuvent altérer la fonction de la plante et le phénotype. Les signaux provenant de certains insectes déclenchent la production de nouvelles structures végétales (galles) et des molécules de la salive de larves d'insectes herbivores peut susciter la plante hôte pour produire un nouveau phénotype, y compris les nouveaux traits de la défense, des propriétés physiologiques et même un nouveau type de fleur .
Les microbes endophytes, y compris les bactéries et les champignons, peuvent favoriser la croissance des plantes et augmenter la disponibilité des minéraux. Bien que l' empreinte génétique a montré que la plupart des plantes abritent de vastes communautés microbiennes, la majorité résister à la culture de laboratoire, et donc leur fonction exacte reste un mystère et de nouvelles techniques sont nécessaires pour une enquête plus approfondie .
Les études de ces interactions entre les plantes ont déjà donné lieu à des applications pratiques. La capacité de l'Agrobacterium tumorale causant pour transférer des gènes aux plantes est régulièrement utilisé pour des plantes génétiquement ingénieur avec de nouveaux traits. La promesse de plantes conçues pour la résistance aux pathogènes, et d'exploiter les services de symbiotes microbiens dans les plantes cultivées, n'a pas encore été réalisé, cependant, en grande partie parce que peu est connu de toute la gamme des microbes rencontrés par les plantes dans leur milieu naturel.
UNE QUESTION DE TIMING
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Marécage, montagne et désert;
les plantes se sont adaptées à
de nombreux environnements
divers.
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Les plantes fonctionnent sur différentes échelles de temps pour la plupart des organismes, avec un peu de vie pour des milliers d'années. La reproduction réussie est souvent une question de timing, avec des plantes de son choix »quand passer d'un état végétatif à un état de reproduction. Bien que l'influence du changement climatique sur ces transitions commence à être entendue, comment les plantes indiquent le temps ou en dormance pour échapper à des contraintes environnementales est moins claire. La génétique et les hormones sont connues pour influencer la dormance, mais on sait peu sur la nature précise des signaux environnementaux utilisés pour le casser.
Des données d'expression génique indiquent également que les plantes peuvent évaluer la qualité génétique d'un partenaire potentiel longtemps avant d'engager des ressources pour la reproduction. Donc, une meilleure compréhension de la génétique de réponses environnementales adaptatives facilitera la compréhension des qualités qui influencent le choix du partenaire .
GÉNÉTIQUE DANS LE DOMAINE
Les études d'ADN des plantes commencent à démêler les liens entre la génétique et la réponse aux changements environnementaux; cependant, à porter des fruits, des milliers de génomes de plantes nécessitent séquençage non seulement dans des conditions de laboratoire bien définies constants, mais aussi dans leur habitat naturel.
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Les plantes utilisent un mélange sophistiqué
de produits chimiques florales pour attirer les
pollinisateurs
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Cela nécessitera une expertise supplémentaire d'ingénieurs, chimistes, bioinformaticiens et mathématiciens, pour ne citer que quelques-uns. Le divorce malheureux qui a divisé les départements de biologie exige également la réparation, avec la formation d'une nouvelle génération de biologistes de terrain qui peuvent combiner les compétences d'histoire naturelle avec la science génomique et moléculaire. Parallèlement à cela, les stations de terrain sont nécessaires qui peuvent faciliter le phénotypage des plantes génétiquement définis et manipulés dans les habitats dans lesquels ils ont évolué. Les chercheurs ont également besoin pour produire des écosystèmes artificiels qui correspondent à leurs homologues naturels en termes de services éco systémiques.
Si la Terre est de soutenir 9 milliards de personnes d'ici 2050 - comme cela est prévu- les plantes cultivées devront tolérer les changements climatiques, être en mesure de survivre avec moins d'engrais et de l'eau, et de devenir plus efficace à la fixation du carbone et produire des rendements nutritifs. Bien que les plantes indigènes cochent certaines de ces boîtes, la génomique des plantes est encore loin d'être en mesure de concevoir des espèces qui tous les tiques.