Бир-эки жыл мурун Сяокси Мэн менен Чжикай Лян алгач идеяны сунуш кылышканда, Джеймс Шнейбл скептик болгон. Жок дегенде.
"Жакшы, сиз аракет кылсаңыз болот, бирок менимче, ал иштебейт", - деп эскерет агрономия жана багбанчылык кафедрасынын доценти Менг менен Лянга, андан кийин Небраска-Линкольн университетиндеги Шнабелдин лабораториясында доктордон кийинки изилдөөчүлөргө.
Ал туура эмес сүйлөп, артка кылчайып карасак, андан өткөн бакыт жок. Ошентсе да, ошол учурда Шнаблда каш көтөрүүгө жүйөлүү себептер болгон. Дуэттин идеясы - катуу үшүккө моюн сунган суукка сезимтал өсүмдүктөрдүн ДНК тизмектери жапайы, катуураак өсүмдүктөрдүн үшүккө туруштук берүүсүн алдын-ала билүүгө жардам берет деген ой эр жүрөк сезилди. Жок дегенде. Ошентсе да, бул тобокелдиги төмөн, жогорку сыйлык сунуш болду. Эгер Мэн менен Лян аны иштете алышса, анда суукка сезимтал өсүмдүктөрдү суукка туруштук берген кесиптештерине бир аз, ал тургай бир топ окшоштуруу үчүн тез аракет жасалышы мүмкүн.
Дүйнөдөгү эң маанилүү өсүмдүктөрдүн айрымдары тропикалык аймактарда - Мексиканын түштүгүндө жүгөрү, Африканын чыгышындагы сорго - суукка же үшүккө каршы коргонууну өркүндөтүү үчүн эч кандай тандалма басым жасаган эмес. Ал өсүмдүктөр катаал шарттарда өстүрүлгөндө, алардын суукка болгон сезгичтиги эрте отургузулуп, кеч жыйналып алынышы мүмкүн. Өсүп жаткан мезгилдердин кыскалыгы, фотосинтез үчүн аз убакытты түзөт, натыйжада 10-жылга чейин глобалдык калктын азык-түлүгү аз болуп, 2050 миллиард адамга жетиши мүмкүн.
Муздак климат
Ансыз деле суук климаттык шарттарда өсүп келе жаткан өсүмдүктөрдүн түрлөрү суукка чыдамдуу амалдарды иштеп чыгышкан. Алар төмөн температурада өтүмдүүлүктү сактоо үчүн клеткалык мембраналарды кайрадан конфигурациялап, кабыкчалардын тоңушуна жана сынышына жол бербейт. Алар ошол мембраналардагы жана анын айланасындагы суюктуктарга шекерлердин сызыкчаларын кошуп, алардын тоңуу температурасын туз тротуардыкындай эле төмөндөтө алышат. Ал тургай, ал кристаллдар клетканы бузуучу массага айланганга чейин, минускул муз кристаллдарын каптаган белокторду өндүрө алышат.
Бул коргонуулардын бардыгы генетикалык деңгээлде, бирок ДНКнын тизмектеринде гана эмес. Өсүмдүктөр тоңо баштаганда, айрым гендерди өчүрүп же күйгүзүп, алардын генетикалык колдонмолорунун көчүрүлүп жазылышына жол бербей, жооп кайтарышат. Суукка чыдамдуу өсүмдүктөрдүн кайсы гендер суукка туруштук бере турган шартта өчүп күйөрүн билүү, изилдөөчүлөргө алардын чептеринин пайдубалын өздөштүрүүгө жана акыры, ушул сыяктуу коргонууларды суукка сезгич өсүмдүктөргө айлантууга жардам берет.
Бирок Шнабл, Менг менен Лян сыяктуу эле, бир эле ген көп учурда өсүмдүктөрдүн түрлөрү боюнча, ал тургай бири-бири менен тыгыз байланышта болгон суукка ар кандайча жооп берерин билишкен. Башкача айтканда, бир гендин бир түрдөгү суукка кандайча жооп берерин түшүнүү өсүмдүктөрдүн илимпоздоруна гендин башка түрдөгү жүрүм-туруму жөнүндө дээрлик эч нерсе билдирбейт. Ал күтүлбөгөн нерсе, өз кезегинде, гендерди иштен чыгаруучу же активдештире турган эрежелерди үйрөнүү аракеттерине тоскоол болду.
"Биз гендердин эмне үчүн өчүрүлүп-күйүп тургандыгын түшүнгөнгө дагы деле болсо, чындыгында эле начарбыз", - деди Шнейбл.
Жүгөрү өсүмдүктөрү
Эрежелер китебинин жоктугунан улам, изилдөөчүлөр жасалма интеллекттин негизи өзүн өзү жаза алган машина үйрөнүүгө өтүштү. Алар атайын көзөмөлдөнгөн классификациялык моделди иштеп чыгышкан - мисалы, мышыктар менен мышыктардын эмес, жетиштүү деңгээлде белгиленген сүрөттөр келгенде, экинчисин экинчисинен айырмалай билүүгө болот. Жамаат алгач өзүнүн моделин жүгөрүнүн эбегейсиз ырааттуу гендерин, ошондой эле өсүмдүктөр суукка кабылганда, ошол гендердин орточо активдүүлүгү менен тааныштырды. Ошондой эле, модель ар бир жүгөрү гени үчүн "биз ойлогон бардык өзгөчөлүктөргө" ээ болду, деди Шнейбл, анын узундугу, туруктуулугу жана башка жүгөрү өсүмдүктөрүндө кездешкен башка версияларындагы айырмачылыктар.
Кийинчерээк, изилдөөчүлөр өзүлөрүнүн моделин ошол гендердин бир бөлүгүндөгү бир гана маалыматты жашыруу жолу менен сынап көрүштү: алар сууктун башталышына жооп бериштиби же жокпу, жокпу. Жооп берген же жооп бербеген гендердин өзгөчөлүктөрүн талдоо менен, модель ошол белгилердин кайсы айкалыштары ар бирине ылайыктуу экендигин аныктап, андан кийин калган табышмактуу кутучадагы гендердин көпчүлүгүн туура категорияларына киргизди.
Албетте, бул келечектүү башталыш болду. Бирок чыныгы тест калды: модель бир түрдөн алган билимин башка түргө колдонсо болот беле?
Ооба, так жооп болду. Алты түрдүн бирөөсүнөн - жүгөрү, сорго, бермет таруу, просо тары, түлкү куйрук таруу же коммутатордон алынган ДНКнын маалыматтары менен үйрөтүлгөндөн кийин, модель, калган бешөөнүн кайсы бириндеги гендер тоңуп калса, кайсы гендер жооп берерин алдын ала айта алган. Schnable таң калтырганы, модель суукка сезгич түрлөрү - жүгөрү, сорго, бермет же просо тары боюнча үйрөтүлүп, бирок суукка чыдамдуу түлкү куйрук тары же коммутграда гендердин реакциясын алдын-ала аныктоо милдетин аткарган.
модель
"Биз үйрөткөн моделдер түрлөр боюнча дээрлик бирдей иштеди, эгерде сиз чындыгында бир түрдөгү маалыматтарга ээ болсоңуз жана ошол эле түрдөгү божомолдорду айтуу үчүн ички маалыматтарды колдонгонсуз" деди ал, бир нече айдан кийин анын үнүндө таң калыштуу ишара бар. "Мен чындыгында мындай деп алдын ала айтмак эмесмин".
"Биз ушул маалыматтардын бардыгын компьютерге батыра алабыз жана болжолдоолордун жок дегенде бир нече эрежелерин аныктай алабыз деген ой дагы деле болсо мен үчүн таң калыштуу".
Бул божомолдор альтернатива жөнүндө ойлонуп жатканда өзгөчө пайдалуу болушу мүмкүн. Болжол менен он жылдан бери өсүмдүктөрдүн биологдору тирүү өсүмдүктүн ар бир генинде өндүрүлгөн ДНКнын көрсөтмөлөрүн транскрипциялоо жана ташуу үчүн жооптуу болгон РНК молекулаларынын санын аныктай алышты. Шнейблдин айтымында, гендин экспресси жандуу үлгүлөрдө жана бир нече түрдө суукка кандайча жооп берерин салыштыруу өтө оор иш. Бул айрыкча жапайы өсүмдүктөргө тиешелүү, алардын уруктарын алуу кыйынга турат. Ал үрөндөр күтүлгөндө өнбөйт жана өсүшү бир нече жылга созулушу мүмкүн. Жада калса, пайда болгон ар бир өсүмдүктү бирдей, көзөмөлгө алынган чөйрөдө өстүрүү жана бирдей өнүгүү баскычында изилдөө керек.
Көбүрөөк түрлөрү
Мунун бардыгы гендердин суукка болгон реакциясын көбөйтүү жана статистикалык баалоо үчүн жетиштүү жапайы түрлөрдөн жетиштүү жапайы үлгүлөрдү өстүрүү үчүн чоң көйгөй жаратат.
"Эгерде биз чындыгында кандай гендер маанилүү экендигин билгибиз келсе, анда өсүмдүктүн суукка кандайча көнүп кетишинде роль ойнойт - биз экиден ашык түрдү карашыбыз керек" деди Шнабл. "Биз суукка чыдамдуу түрлөрдүн тобун жана сезимтал бир топту карап көрөлү:" Ушул эле ген ар дайым биринде жооп берет, экинчисинде дайыма жооп бербейт ".
«Бул чындыгында чоң жана кымбат эксперимент болуп баштайт. 20 түрдү алып, алардын бардыгын бир этапта алууга аракет кылып, алардын бардыгын бирдей стресс-дарылоо ыкмаларынан өткөрүп, анын ордуна ДНК тизмектеринен болжолдоолорду жасасак, чындыгында эле жакшы болмок. ар бир түрдөгү ар бир ген үчүн өндүрүлгөн РНКнын көлөмүн өлчөө. ”
Бактыга жараша, модель үчүн, изилдөөчүлөр буга чейин 300дөн ашуун өсүмдүктөрдүн түрлөрүнүн геномдорун тизмектешкен. Жүргүзүлүп жаткан эл аралык аракеттер бул санды жакынкы бир нече жылдын ичинде 10,000ге чейин жеткириши мүмкүн.
Модель буга чейин анын жупуну күткөндөрүнөн ашып-ташканына карабастан, Шнейблдин айтымында, кийинки кадам "буга чейин өзүбүздү дагы, башка адамдарды дагы ошондой эле иштеп жаткандыгына" ишендирүүнү камтыйт. Бүгүнкү күнгө чейинки ар бир сыноо ишинде, изилдөөчүлөр моделден буга чейин билгендерин айтып берүүсүн суранышкан. Анын айтымында, акыркы сыноо адамдар дагы, машина дагы нөлдөн баштаган учурда келет.
"Кийинки чоң тажрыйбаны жасоо керек деп ойлойм, бизде такыр маалымат жок түргө божомолдоо", - деди ал. "Биз, чындыгында, биз жоопторду билбеген учурларда чындыгында эле иштейт деп элди ишендирүү үчүн".
Жамаат өзүнүн жыйынтыктары жөнүндө Улуттук илимдер академиясынын Proceedings журналына билдирди. Менг, Лян жана Шнабл Небраскадагы Ребекка Ростон, Янг Чжан, Самира Махбуб жана магистрант Даниэль Нгу менен биргеликте Шандонг айыл чарба университетинин коноктору Сиуру Дай менен изилдөө жүргүзүшкөн.
Көбүрөөк маалымат алуу үчүн:
Небраскадагы Линкольн университети
www.unl.edu