زيادة غلة المحاصيل عن طريق تربية النباتات للتعاون

يمكن لتجربة تربية بسيطة ، جنبًا إلى جنب مع التحليل الجيني ، الكشف بسرعة عن الجينات التي تعزز التعاون وزيادة الغلة في مجموعات النباتات ، وفقًا لدراسة جديدة نُشرت في 29 نوفمبر في مجلة الوصول المفتوح بلوس الأحياءبواسطة Samuel Wuest من جامعة زيورخ و Agroscope ، سويسرا ، وزملاؤه. النتائج لديها القدرة على زيادة إنتاجية المحاصيل بسرعة من خلال طرق التربية التقليدية.

في النظرية التطورية الكلاسيكية ، يتنافس الأفراد ، وأولئك الذين يمتلكون الجينات الأكثر فائدة تنافسيًا يخلقون المزيد من النسل الذين يحملون نفس الجينات الفائزة. هذا يشكل تحديا ل مربي النباتات، الذين غالبًا ما يواجهون اختيار نباتات تتعاون بدلاً من المنافسة. في حالة الزراعة الأحادية الكثيفة للذرة أو القمح ، يمكن تحسين المحصول الكلي إذا تجنب الأفراد النمو طويلًا جدًا أو نشر أوراقهم على نطاق واسع جدًا (كانت "الثورة الخضراء" في منتصف القرن العشرين تعتمد إلى حد كبير على إدخال الأليلات المتقزمة في الحبوب).

يعد اكتشاف الأليلات (نسخ الجينات التي تختلف بين الأفراد) التي قد تعزز التعاون أمرًا صعبًا ، لكن المؤلفين صمموا نظامًا للكشف عنها. في المواءمة مع نظرية اللعبة، استنتج المؤلفون أن النمط الوراثي الأكثر تعاونًا سيكون أفضل أداءً مع جيران متعاونين بالمثل ، لكنه سيكون ضعيفًا عند مواجهة جيران أنانيين ذوي قدرة تنافسية عالية.

استخدموا نموذج نبات أرابيدوبسيس لمقارنة أداء نبات معين عند نموه مع فرد آخر مشابه وراثيًا (نمذجة زراعة أحادية) مع أدائه عند نموه باستخدام مجموعة من الطرز الوراثية "المختبرة" ، والتي تباينت في استراتيجيات نموها. من خلال تحديد كل من النشاط العام لكل نبات (كما تم قياسه بواسطة الكتلة الحيوية فوق سطح الأرض) والفرق بين نموه في الحالتين ، يمكنهم معرفة أي النباتات زاد من القدرة على النمو السريع والقدرة على التعاون مع أفراد متشابهين وراثيًا حتى نما جيرانهم بشكل جيد.

مع هذه البيانات في متناول اليد ، استخدموا بيانات تعدد الأشكال المنشورة على مستوى الجينوم للعثور على الجينات المرتبطة بالسمات التعاونية. ووجدوا أنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمجموعة صغيرة من تعدد الأشكال المرتبطة ، وعلى وجه الخصوص أليل ثانوي في جين واحد. عندما نمت النباتات التي تحمل هذا الأليل الصغير على مقربة، فقد أنتجوا مجتمعين 15 ٪ من الكتلة الحيوية عندما نمت بكثافة عالية مقارنة بالنباتات التي تحمل الرئيسي أليل في نفس المكان. كان التأثير التعاوني مصحوبًا بمنافسة جذر منخفضة - ربما تكون النباتات المجاورة قد أنفقت طاقة أقل في غزو المناطق الجذرية لجيرانها للحصول على العناصر الغذائية.

قال ويست إن نفس الإستراتيجية المقارنة يمكن استخدامها لاكتشاف الأليلات التعاونية لأي خاصية قابلة للقياس. "مثل هذا التباين ، بمجرد تحديده في المحصول ، يمكن الاستفادة منه بسرعة في برامج التربية الحديثة وتوفير طرق فعالة لزيادة الغلات."

يضيف ويست: "الأفكار التي ألهمت هذا العمل ليست جديدة ، فالعديد منها تمت صياغته منذ عقود. ومع ذلك ، فإن فكرة أننا نحن البشر ، أحد أكثر الأنواع تعاونًا ، يمكننا الاستفادة من جعل محاصيلنا أكثر تعاونًا ، أيضًا ، لا تزال تثير اهتمامنا حتى اليوم ".