Na bujnych polach ryżowych Azji Południowo-Wschodniej rozgrywa się ukryty dramat. Ryż uprawny, nasze podstawowe pożywienie, stoi przed nieustannym wyzwaniem: „ryżem chwastów”, dzikim krewnym, który rośnie tam, gdzie nie powinien.

Badania przeprowadzone na Washington University w St. Louis złamały kod tego zbuntowanego ryżu. Badając DNA różnych rodzajów ryżu, odkryli sekrety jego odporności. Odkrycia ujawniły, w jaki sposób rośliny te przystosowują się i przeżywają, nawet jeśli staramy się je kontrolować.

Ryż chwastowy, dziki kuzyn ryżu uprawnego, rośnie obok swojego udomowionego krewnego tak długo, że nabył pewne niepożądane cechy, co czyni go trudnym konkurentem na polach ryżowych.

Zrozumienie ewolucji ryżu chwastów jest nie tylko interesującą nauką, ale ma kluczowe znaczenie dla rolników. Znając jego sztuczki, mogą opracować lepsze sposoby jego kontrolowania i ochrony swoich upraw, zapewniając bezpieczeństwo żywnościowe milionom.

Rodzaje ryżu

Ryż ma fascynujące drzewo genealogiczne. Istnieją trzy główne typy:

Dziki ryż

Pomyśl o dzikim ryżu jako o oryginalnej, nieokiełznanej wersji ryżu, który jemy. Rosną naturalnie na bagnach i rzekach, w przeciwieństwie do swoich kuzynów z gospodarstw rolnych. Są to przodkowie ryżu uprawnego, posiadający różnorodne cechy genetyczne i przyczyniający się do naturalnej równowagi. Chociaż nie są zbierane bezpośrednio, oferują cenne geny umożliwiające poprawę przyszłych plonów.

Chwastowy ryż

Ryż zachwaszczony jest niechcianym gościem. Ten „buntowniczy” kuzyn ma podobne korzenie jak ryż uprawny, ale sieje spustoszenie na polach uprawnych. Kradną zasoby z dobrego ryżu, pogarszając jego rozwój i dając mniej pożywienia. Jej odporność, łatwo rozprzestrzeniające się nasiona i odporność na herbicydy, zwiększają frustrację.

Uprawiany ryż

Ryż uprawny to ryż, który wszyscy znamy i kochamy, starannie uprawiany, abyśmy mogli go zjeść. Przez tysiące lat starannej selekcji rolnicy pielęgnowali pożądane cechy, takie jak wyższe plony, określone rodzaje ziaren i zmniejszone pękanie nasion. Od puszystego białego ryżu po orzechowe basmati – to podstawowe pożywienie połowy świata.

Przedmiot badania

Naukowcy zbadali interakcje genetyczne między ryżem dzikim, ryżem uprawnym i ryżem chwastowym w Azji Południowo-Wschodniej. Zebrali 217 próbek z regionu, łącząc nowe dane z istniejącymi informacjami.

„Rolnicy w kontynentalnej Azji Południowo-Wschodniej – w tym w Tajlandii, Birmie i Wietnamie – a także w większości wyspiarskich regionów Indonezji, Filipin i części Malezji uprawiają szeroką gamę odmian ryżu nizinnego i wyżynnego” – powiedział BK Song, malezyjski badacz ryżu chwastów i korespondent autora badania. „Należą do nich nowoczesne elitarne odmiany i tradycyjne rasy lokalne”.

Z rodzajów ryżu wyekstrahowano i zsekwencjonowano DNA, aby stworzyć szczegółowy obraz ich struktury genetycznej. Następnie badacze przeanalizowali dane w kilku etapach. Zbudowali „drzewo genealogiczne”, aby zrozumieć, w jaki sposób różne rodzaje ryżu są ze sobą powiązane, a także szukali oznak mieszania się ryżu dzikiego i uprawnego oraz tego, jak mogło to przyczynić się do ewolucji ryżu zachwaszczonego.

Wiązało się to z poszukiwaniem konkretnych regionów genomu ryżu, które wykazałyby wcześniejsze adaptacje i selekcję.

Podobieństwa i różnice

Analiza wykazała, że ​​ryż chwastowy ma wiele wspólnych genów z ryżem dzikim, co sugeruje niedawne „rozmnażanie się” między nimi. To wyjaśnia, dlaczego ryż zachwaszczony tak dobrze konkuruje z uprawami.

Naukowcy odkryli w ryżu zachwaszczonym specyficzne geny dzikiego ryżu, które pomagają mu rozwijać się w trudnych warunkach i łatwo się rozprzestrzeniają, podobnie jak geny, które powodują, że nasiona łatwo spadają z rośliny.

Badanie ujawniło również, że ryż zachwaszczony w różnych regionach przystosował się w wyjątkowy sposób. Niektórzy nabyli geny dzikiego ryżu, które czynią je odpornymi na choroby, podczas gdy inni mają geny, które pomagają im przetrwać w stresujących warunkach.

Badanie ukazuje złożony związek między ryżem uprawnym, ryżem dzikim i ryżem chwastowym. Ich geny mieszają się, tworząc nowe i czasami kłopotliwe formy ryżu.

Jak rośnie chwastowy ryż

Badanie pokazuje, że chwasty te nie podążały jedną ścieżką, ale raczej ewoluowały w unikalny sposób, w zależności od środowiska i praktyk rolniczych ludzi.

Naukowcy odkryli, że ryż zachwaszczony został poddany intensywnej selekcji, w wyniku której wyodrębniono w jego DNA określone regiony powiązane z korzystnymi cechami, takimi jak szybszy wzrost i odporność na stres. Te adaptacje pozwoliły im rozwijać się w innych warunkach niż ich udomowieni kuzyni.

Nowe, krytyczne spostrzeżenia

Co jeszcze ciekawsze, naukowcy odkryli geny powiązane z chwastowym stylem życia, w tym odpornością na choroby i trudne warunki pogodowe. To wyjaśnia ich zdolność do przetrwania i rozprzestrzeniania się, co staje się głównym problemem w rolnictwie.

Ale tę wiedzę można wykorzystać jako broń. Rozumiejąc, jak tykają te chwasty, naukowcy mogą opracować strategie walki. Może to obejmować hodowlę odmian ryżu mniej podatnych na inwazję lub nawet stworzenie ukierunkowanych metod zwalczania chwastów, które wykorzystują słabości określonych populacji ryżu zachwaszczonego.

„Nasze badanie podkreśla, jak adaptacyjna introgresja – innymi słowy przepływ genów – od dzikich gatunków może przyczynić się do ewolucji chwastów rolniczych” – powiedział Olsen. „Wiemy, że ten proces zachodzi od jakiegoś czasu. Jest to jednak pierwsze badanie, które dostarcza szczegółowej charakterystyki genomicznej tego zjawiska.

„Należy pamiętać, że udomowienie upraw to stopniowy proces ewolucyjny, a nie wydarzenie jednoetapowe” – powiedział. „Podobnie uważam, że ryzykujemy nadmierne uproszczenie obrazu, kategoryzując każdą roślinę ryżu jako dziką, chwastową lub uprawną. Prawdziwa dynamika jest znacznie bardziej złożona.”

Korzyści dla rolnictwa i ochrony środowiska

Zarządzanie chwastami: Badanie DNA zachwaszczonego ryżu i jego ewolucji może pomóc rolnikom w skuteczniejszej walce z nim. Może to obejmować stworzenie upraw odpornych na określone środki chwastobójcze lub sadzenie różnych roślin w płodozmianie, aby ograniczyć rozprzestrzenianie się chwastów.

Ochrona dzikiego ryżu: Rozumiejąc, w jaki sposób ryż zachwaszczony przystosowuje się i rozprzestrzenia, naukowcy mogą lepiej chronić dzikie gatunki ryżu. Mogłoby to zapobiec utracie cennej różnorodności genetycznej zarówno dzikiego, jak i uprawnego ryżu.

Poprawa upraw ryżu: Badanie, jak zachwaszczony ryż radzi sobie w trudnych warunkach, może pomóc hodowcom w opracowaniu nowych odmian ryżu, które będą bardziej odporne na suszę, choroby i słabą glebę.

Utrzymywanie zdrowych ekosystemów: Zrozumienie, w jaki sposób ryż zachwaszczony wchodzi w interakcję z innymi roślinami i środowiskiem, może pomóc rolnikom w zrównoważonym gospodarowaniu gruntami. Obejmuje to utrzymanie zdrowej gleby i ochronę innych gatunków zamieszkujących to samo siedlisko.

Wyniki badań publikowane są w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.

Podoba Ci się to, co czytasz? Zapisz się do naszego biuletynu, aby otrzymywać ciekawe artykuły, ekskluzywne treści i najnowsze aktualizacje.

—-

Sprawdź nas w EarthSnap, bezpłatnej aplikacji udostępnionej przez Erica Rallsa i Earth.com.