Xiaoxi Meng və Zhikai Liang bu fikri bir neçə il əvvəl təklif etdikdə, James Schnable şübhə ilə yanaşdı. Ən azı demək.
Aqronomiya və bağçılıq dosenti, '' Yaxşı, cəhd edə bilərsən, amma düşünürəm ki, işə yarayacağını düşünmürəm '' dedi.
Yanılırdı və geriyə baxanda heç bundan xoşbəxt olmamağımdan danışdı. Yenə o vaxt Schnable bir qaş qaldırmaq üçün ədalətli bir səbəbə sahib idi. İkilinin fikri - sərt bir şaxtaya təslim olan soyuğa həssas məhsulların DNT ardıcıllığının daha çılğın, daha sərt bitkilərin donma şərtlərinə necə dözdüklərini təxmin etməyə kömək edə biləcəyi fikri cəsarətli görünürdü. Ən azı demək. Yenə də aşağı riskli, yüksək mükafatlı bir təklif idi. Çünki Meng və Liang işləyə bilsəydilər, soyuqdan həssas bitkiləri soyuğa davamlı həmkarları kimi bir az və ya daha çox etmək üçün sürətli bir səy göstərə bilər.
Dünyanın ən əhəmiyyətli məhsullarından bəziləri tropik bölgələrdə - Meksikanın cənubundakı qarğıdalı, Afrikanın şərqindəki qarğıdalı - soyuqdan və ya donmadan müdafiəni inkişaf etdirmək üçün seçici bir təzyiq göstərməyən evliləşdirildi. Bu məhsullar daha sərt iqlim şəraitində yetişdirildikdə, soyuqlara həssaslıqları nə qədər erkən əkilə biləcəyini və nə qədər gec yığılacağını məhdudlaşdırır. Daha qısa böyümək mövsümləri, fotosintez üçün daha az vaxta bərabərdir və 10-ci ilə qədər 2050 milyard insana yaxınlaşması gözlənilən qlobal əhali üçün daha az məhsul və daha az qida ilə nəticələnir.
Soyuq iqlim
Onsuz da soyuq iqlimlərdə böyüyən bitki növləri, bu arada soyuqlara dözmək üçün fəndləri inkişaf etdirdi. Daha aşağı temperaturlarda likvidliyi qorumaq üçün hüceyrə membranlarını yenidən quraraq membranların donmasına və qırılmasına mane olurlar. Bu membranların içindəki və ətrafındakı mayelərə şəkər tire əlavə edə bilər, dondurma səkisindəki kimi dondurma nöqtəsini endirirlər. Hətta bu kristalların hüceyrələri sındıran kütlələrə çevrilməsindən əvvəl minuscul buz kristallarını boğan zülallar da istehsal edə bilərlər.
Bu müdafiələrin hamısı, yalnız DNT-nin özündə deyil, genetik səviyyədədir. Bitkilər donmağa başladıqda, müəyyən genləri söndürmək və ya açmaqla cavab verə bilər - genetik təlimat kitablarının köçürülməsinə və yerinə yetirilməsinə mane olur və ya icazə verirlər. Soyuğa davamlı bitkilərin dondurucu temperaturlar altında hansı genləri söndürdüyünü bilmək, tədqiqatçıların istehkamlarının təməllərini qavramalarına və nəticədə oxşar müdafiə sahələrini soyuqa həssas məhsullara çevirmələrinə kömək edə bilər.
Lakin Şnable, Meng və Liangın etdiyi kimi, eyni genin də bitki növləri arasında, hətta yaxın əlaqəli olanlar arasında da soyuğa tez-tez fərqli cavab verdiyini bilirdi. Bu, bir genin bir növdə soyuğa necə cavab verdiyini başa düşməyin, bitki alimlərinə genin başqa bir növün davranışı barədə demək olar ki, heç bir şey söyləməməsi deməkdir. Bu gözlənilməzlik, öz növbəsində, genləri deaktiv edəcək və ya aktivləşdirəcək qaydaları öyrənmək səylərini əngəllədi.
Schnable, "Hələ də genlərin niyə söndüyünü və açdığını başa düşməkdə həqiqətən, çox pisik" dedi.
Qarğıdalı bitkiləri
Bir qayda kitabından məhrum olan tədqiqatçılar mahiyyət etibarilə özünün yaza biləcəyi süni intellekt forması olan maşın öyrənməyə müraciət etdilər. Xüsusilə nəzarətli bir təsnifat modeli hazırladılar - deyək ki, pişik və pişik olmayanların kifayət qədər etiketli şəkilləri təqdim edildikdə, nəticədə birincini ikincisindən ayırd etməyi öyrənə biləcək bir növ. Ekip əvvəlcə öz modelini bitki dondurucu temperatura məruz qaldıqda bu genlərin orta aktivlik səviyyəsi ilə yanaşı qarğıdalıdan ibarət çoxlu dizilmiş gen yığını ilə təqdim etdi. Schnable, modelin hər qarğıdalı geni üçün "düşünə biləcəyimiz hər xüsusiyyətə" bəsləndiyini, uzunluğu, dayanıqlığı və digər qarğıdalı bitkilərindəki digər versiyaları arasındakı fərqlər də daxil olduğunu söylədi.
Daha sonra tədqiqatçılar modellərini ondan bu genlərin bir hissəsindəki yalnız bir məlumatı gizlədərək sınadılar: istiliyin başlanğıcına reaksiya verdilər və ya vermədilər. Modelin cavab verən və ya cavab vermədiyi söylənilən genlərin xüsusiyyətlərini təhlil edərək, bu xüsusiyyətlərin hansı birləşmələrinin hər biri ilə əlaqəli olduğunu müəyyən etdi və sonra qalan sirr qutusu genlərinin əksəriyyətini düzgün kateqoriyalarına yerləşdirdi.
Sözsüz ki, ümidverici bir başlanğıc idi. Ancaq həqiqi test qaldı: Model bir növdə aldığı təhsili alıb digərinə tətbiq edə bilərmi?
Cavab qəti bir bəli idi. Qarğıdalı, sorgum, inci darı, proso darı, tülkü quyruğu darı və ya keçid otundan altı növdən yalnız birinin DNA məlumatları ilə öyrədildikdən sonra model ümumiyyətlə digər beş növdən birində hansı genlərin dondurulmasına cavab verəcəyini təxmin edə bildi. Schnable'ı təəccübləndirdi ki, model, soyuğa həssas bir növ - qarğıdalı, sorgum, inci və ya proso darı üzərində öyrədildiyi zaman da dayandı, ancaq soyuğa davamlı tülkü quyruğu darı və ya keçid otunda gen cavablarını proqnozlaşdırmaq tapşırıldı.
model
"Təlim etdiyimiz modellər, demək olar ki, bir növdə məlumatlarınız olduğu və daxili məlumatları eyni növdə proqnoz vermək üçün istifadə etdiyiniz kimi növlər arasında da işləyirdiniz" dedi. "Həqiqətən bunu proqnozlaşdırmazdım."
"Bu məlumatların hamısını yalnız bir kompüterə yerləşdirə biləcəyimiz və işləyən proqnozlar vermək üçün ən azı bəzi qaydaları müəyyən edə biləcəyimiz fikri hələ də mənim üçün təəccüblüdür."
Bu proqnozlar alternativi nəzərdən keçirərkən xüsusilə faydalı ola bilər. Təxminən on ildir ki, bitki bioloqları, canlı bir bitkidəki hər gen tərəfindən istehsal olunan DNT təlimatlarının köçürülməsindən və daşınmasından məsul olan RNT molekullarının sayını ölçməyi bacardılar. Schnable, bu gen ifadəsinin canlı nümunələrdə və bir çox növdə soyuğa necə cavab verdiyini müqayisə etmək çox çətin bir iş olduğunu söylədi. Xüsusilə toxumlarını əldə etmək çətin ola bilən vəhşi bitkilərdə belədir. Bu toxumlar gözlənildiyi zaman cücərməyəcək, heç olmasa və böyüməsi illər çəkə bilər. Etdikləri təqdirdə, ortaya çıxan hər bitki eyni, idarə olunan bir mühitdə becərilməli və eyni inkişaf mərhələsində öyrənilməlidir.
Daha çox növ
Bütün bunlar, genlərinin soyuğa cavablarını təkrarlamaq və statistik olaraq qiymətləndirmək üçün kifayət qədər vəhşi növdən yetərincə vəhşi nümunələrin yetişdirilməsində böyük bir çətinlik yaradır.
"Həqiqətən hansı genlərin vacib olduğunu öyrənmək istəyiriksə - bu, bitkinin soyuğa necə uyğunlaşmasında rol oynayırsa - ikidən çox növə baxmalıyıq" dedi. "Soyuqlara dözümlü və həssas olan bir qrupa baxmaq və nümunələrə baxmaq istəyirik:" Bu eyni gen həmişə birində cavab verir, digərində həmişə cavab vermir. "
“Bu, həqiqətən böyük və bahalı bir təcrübə olmağa başlayır. 20 növ götürmək və hamısını eyni mərhələdə əldə etməyə çalışmaq, hamısını eyni stres müalicələrindən keçirmək əvəzinə bu növlərin DNT ardıcıllığından proqnozlar verə bilsəydik, həqiqətən çox yaxşı olardı. hər növdə hər gen üçün istehsal olunan RNT miqdarını ölçün. ”
Modelin xoşbəxtliyi ilə tədqiqatçılar artıq 300-dən çox bitki növünün genomunu sıralayıblar. Davam edən bir beynəlxalq səy bu rəqəmi önümüzdəki bir neçə il ərzində 10,000-ə yüksəldə bilər.
Model artıq təvazökar gözləntilərini vəhşicəsinə aşsa da, Schnable növbəti addımın yenə də “həm özümüzü, həm də digər insanları bu günə qədər olduğu kimi işlədiyinə inandırmağı” özündə birləşdirəcəyini söylədi. Bu günə qədər keçirilmiş hər sınaq işində tədqiqatçılar modeldən onsuz da bildiklərini izah etmələrini xahiş etdilər. Son sınaq, həm insanlar, həm də maşın sıfırdan başlayanda gələcəyini söylədi.
"Yapmalı olduğumuz növbəti böyük təcrübə, ümumiyyətlə heç bir məlumatımız olmayan bir növ haqqında proqnoz verməkdir" dedi. "İnsanları, bunun cavablarını bilmədiyimiz hallarda həqiqətən işlədiyinə inandırmaq."
Komanda tapıntılarını Proceedings of the National Science Academy jurnalında bildirdi. Meng, Liang və Schnable, Nebraska'dan Rebecca Roston, Yang Zhang, Samira Mahboub və lisenziya tələbəsi Daniel Ngu ilə birlikdə, Shandong Kənd Təsərrüfatı Universitetindən qonaq gələn alim Xiuru Dai ilə birlikdə çalışdılar.
Əlavə məlumat üçün:
Nebraska Universiteti Linkoln
www.unl.edu