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Les scientifiques cherchent à développer une souche de riz qui est mieux à même de résister à la sécheresse et des sols plus pauvres et produit des rendements plus élevés que les formes actuelles de riz domestiqué.
Fondation nationale des sciences

A l'Université de consortium entre l'Arizona et conduit a reçu 9,9 millions de dollars de la National Science Foundation pour développer une compréhension plus profonde des parents sauvages du riz cultivé dans le but ultime de créer des variétés de prochaine génération qui sont mieux capables de résister à la sécheresse et des sols pauvres et produire des rendements plus élevés que les formes actuelles de riz domestiqué.

Les principaux objectifs sont d'étudier les gènes de différentes espèces de riz sauvage et d'identifier les gènes qui pourraient être utilisés pour améliorer les cultures.

Les cultures céréalières? y compris le riz? fournissent 60 pour cent des calories et de protéines dans le monde entier récoltés, a déclaré UA usine scientifique Rod Wing, qui est directeur de l'Institut de génomique Arizona dans le Collège de l'agriculture et des sciences de la vie, titulaire de la Chaire Bud Antle Doué pour le professeur d'excellence à l'école des plantes Sciences et membre de l'Institut BIO5.

«La moitié de la population mondiale dépend de riz, et que la population devrait doubler en 30 ans, dit-il. «Nous devons trouver un moyen d'arriver à une variété de riz avec un rendement accru et capable de croître sur moins de terres, sur les sols plus pauvres, avec moins d'eau, et avec moins d'engrais."

Une partie de RICE 2020, un effort international coordonné dans la génomique fonctionnelle du riz, les fonds de l'entreprise NSF fonctionnellement caractériser les génomes de tous les 24 espèces de riz, dans le but de transformer non seulement la biologie des cultures, mais la biologie évolutive ainsi.

Utilisation de riz sauvage pour améliorer les cultures de riz

«Ce que nous essayons de faire est d'identifier et de cataloguer tous les gènes présents dans les espèces sauvages de riz et d'analyser leurs fonctions, ajoute Mme Roy. «L'idée est d'identifier les gènes qui leur confèrent des adaptations aider variétés sauvages face à des environnements extrêmes et les élever dans le riz cultivé."

Les données pourraient être utilisées immédiatement pour améliorer la sécurité alimentaire, l'escadre a souligné, en fournissant une boîte à outils "de gènes» qui peuvent être utilisées pour améliorer la culture du riz.

En outre, le projet a des implications cruciales pour la biologie évolutive.

«Nous voulons vraiment comprendre l'évolution du genre Oryza en détail, ajoute Mme Roy. «Par exemple, les gènes qui sont les communes qui font une plante de riz un plant de riz, et qui sont ceux qui expliquent les différences entre les espèces que nous voyons?

À cette fin, les chercheurs doivent comprendre tous les soi-disant "variations structurelles du génome du riz." Au cours de son histoire évolutive 15-millions d'années, les gènes ont été acquis, perdu, estropié ou inversé, ce qui rend certains d'entre eux non-fonctionnels, tout en permettant aux autres de prendre de nouvelles fonctions.

Avec collaborateur Manyuan Long, professeur de génétique et évolution à l'Université de Chicago, équipe Escadre aussi vais essayer de répondre à la question, où avez de nouveaux gènes proviennent?

Le projet hautement collaboratif s'appuie sur les réalisations antérieures de plusieurs collaborateurs, réunis sous l'International Oryza Carte du projet d'alignement, ou I-OMAP. groupe de l'escadre a mené une action afin de déterminer la séquence génétique complète des deux espèces de riz le plus largement utilisé dans l'agriculture, du riz en Asie (O. sativa) et de l'Ouest africaine sur le riz (O. glaberrima).

Préserver les populations de riz sauvage

I-OMAP objectifs comprennent l'amélioration des cultures de céréales ainsi que le maintien de leur diversité et assurer leur conservation à l'état sauvage.

"Cette ligne de recherche implique des études sur le terrain", a déclaré Wing », par exemple, aller aux Philippines et en identifiant, par exemple, un volet du officinalis sauvage Oryza de riz, de sorte qu'il peut être mis de côté comme une réserve naturelle."

groupe Escadre mettra l'accent sur les différences structurelles entre les génomes des 24 espèces de riz et le rôle des éléments transposables (morceaux d'ADN qui, au fil des générations, «sauter» d'un endroit dans le génome à l'autre, en prenant d'autres séquences génétiques avec eux dans le processus) et leur impact sur l'évolution des gènes.

"Si nous découvrons un gène qui semble être d'intérêt, on peut aller à une population d'une espèce de riz sauvage et de voir combien il est important. Nous voudrions donc demander,« Est-ce gène présent dans l'ensemble de la population ou c'est juste dans l'échantillon d'ADN spécifiques dont nous avons des événements à analyser? "

Des questions comme celles-ci, qui sont d'intérêt général pour la biologie évolutionniste dans son ensemble, sera adressée par Carlos Machado, un collaborateur de longue date de l'escadre qui était un professeur adjoint au département de l'UA de l'écologie et de biologie évolutive, avant de rejoindre l'Université du Maryland il ya deux ans.

Un autre aspect du projet est dirigé par Michael Sanderson, un membre BIO5 et professeur au département d'écologie et de biologie évolutive à College de l'UA de la science. Son groupe de recherche va comparer les génomes de riz domestiques et sauvages et de reconstruire un arbre de l'évolution des relations de ces espèces les unes aux autres. Cela fournira un cadre pour une meilleure compréhension de l'évolution et la fonction des gènes dans ces génomes.

Comme une étape clé dans cette entreprise, Wing et son groupe vont séquencer le génome d'Oryza punctata, qui est considérée comme l'une des espèces les plus primitives de riz.

"Puncatata Oryza sert une espèce hors-groupe soi-disant," Wing a dit: «Une espèce de référence pour comparer tous les autres, afin que nous puissions tirer des conclusions de l'évolution sur les gènes nous identifier? Est ce gène évolue rapidement ou lentement?

En outre, O. punctata contient un certain nombre de gènes qui pourraient être importantes pour améliorer la culture du riz, par exemple des gènes de tolérance au stress.

Le goulet d'étranglement de domestication

"Pendant le processus de domestication, les gens finissent par choisir un couple de plantes et en les croisant, ajoute Mme Roy. "De cette façon, l'un d'eux est devenu le fondateur de toutes les plantes cultivées. Cette variété a ensuite été améliorée au cours des milliers d'années, mais il ne contient qu'une très petite variété de gènes qui pourraient être utilisés pour l'amélioration des cultures."

variétés de riz domestiques ont été sélectionnés pour une petite taille, à haut rendement et à faible éclatement des grains lors de la récolte.

Ce goulet d'étranglement que l'on appelle la domestication conduit à des cultures de végétaux à caractères hautement souhaitable, comme le rendement élevé, mais des lacunes dans d'autres domaines comme compromis la capacité de combattre les maladies ou de faire face aux sécheresses.

Afrique de l'Ouest du riz, par exemple, est plus tolérante à la sécheresse et aux sols salés de riz en Asie.

«Le système que nous développons peuvent être utilisés par les biologistes de l'évolution à travers le monde pour répondre aux questions grand défi dans la biologie évolutionniste, ajoute Mme Roy. "Ce serait la première d'un tel système dans une plante cultivée."

Le projet assurera la formation et de mentorat pour les scientifiques postdoctoraux, étudiants diplômés et de premier cycle et des élèves du secondaire ayant un intérêt dans l'évolution des génomes, l'amélioration des plantes et des carrières dans la science académique et des entreprises.

En tant que composante de sensibilisation, le projet comprendra un semestrielle Plant Science famille Night programme à Ventana Vista Elementary School, à Tucson, en ciblant les K-5 étudiants et les familles, dans le but d'amener les enfants et leurs familles dans la grande région de Tucson excités au sujet des plantes et la science des plantes rôle que joue pour garantir un approvisionnement alimentaire sain et sûr et durable pour notre planète.

Autres collaborateurs au projet, mentionnons Doreen Ware à Cold Spring Harbor Laboratory, Jianxin Ma à l'Université Purdue, Detlef Weigel à l'Institut Max-Planck-Institut de biologie du développement à Tübingen en Allemagne, et Olivier Panaud de l'Université de Perpignan en France.