Проростник привлекательный как потенциальная биоэнергетическая культура, потому что он может расти годами без необходимости повторной посадки. Требуя меньше удобрений, чем типичные однолетние культуры, такие как кукуруза, просо может удерживать больше азота, фосфора и углерода в почве, а не в воздухе и водоемах. Но, в отличие от кукурузы, селекция проса на оптимальные признаки все еще находится на начальной стадии.
Теперь, в сотрудничестве с Министерством энергетики США или Министерством энергетики США, Объединенным институтом генома, Центром научных исследований Министерства энергетики США и Техасским университетом в Остине, Исследовательский центр биоэнергетики Великих озер в штате Мичиган Университет определил определенные части генетического кода в растении, которые могут способствовать увеличению урожая проса, одновременно снижая потенциальные недостатки урожая.
Дэвид Лоури, доцент кафедры биологии растений в МГУ, и Томас Юнгер, профессор интегративной биологии в UT Austin, возглавили команду, которая идентифицировала гены, ускоряющие рост проса в широком диапазоне климатических условий, и что эти растения могут быть выведены с включением этих генетических маркеров.
Кроме того, исследователи обнаружили, что некоторые адаптивные черты проса часто можно улучшить, не нанося вреда здоровью растений другими способами. Результаты этого исследования были опубликованы на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Как и у многих одомашненных растений, у проса есть несколько сортов, адаптированных к разным географическим регионам. Северный нагорный просо обычно обитает на хребтах и в прериях в таких штатах, как Южная Дакота, Мичиган и Висконсин. Эта порода не боится холода и может пережить суровые зимы, как и многие северные существа.
Тем не менее, северный просо не растет так быстро и крупно, как южный равнинный экотип, который процветает во влажных, болотистых районах от Миссури и Канзаса до Техаса. Южный сорт также имеет тенденцию быть более устойчивым к вредителям и может лучше противостоять экстремальным условиям, таким как засуха и наводнение. Южный экотип, напротив, плохо переносит холодные зимы, часто отмирая, когда становится слишком холодно.
Чтобы попытаться получить лучшее из обоих миров, Лоури, Юнгер и их партнеры разработали эксперимент в центральной части Соединенных Штатов - от Техаса до Южной Дакоты - чтобы определить, какие локусы вызывают различия между сортами, адаптированными к холодным северным районам. по сравнению с жаркими южными районами.
«Нас интересует, как часто локусы, которые улучшают производительность в одних местах (скажем, на юге), достигаются за счет затрат или компромиссов с производительностью в других местах (скажем, на севере)», - сказал Юнгер. «10 участков были выбраны в основном для того, чтобы привлечь людей, с которыми мы встречались или общались в сообществе проса за последние несколько лет, и охватить широтное распространение вида. Мы действительно пытались создать полевые насаждения как сообщество. ресурс."
Сначала они создали гибрид двух сортов, а затем посадили сотни одинаковых гибридов проса в 10 местах, охватывающих весь географический регион. Затем, сравнивая рост гибридов с родительскими сортами на каждом участке, исследователи выделили генетическую причину положительных результатов, используя подход, называемый картированием локуса количественных признаков, или QTL..
Южный сорт, как правило, представляет собой более крупную траву, поэтому исследователи часто думали, что его локусы будут нести исключительную ответственность за увеличение размера гибридов. Удивительно, но эксперимент показал, что ген проса северного также играет роль в увеличении биомассы.
"Это означает, что если мы сможем объединить эти геномы посредством гибридизации, мы сможем получить гораздо более урожайное растение", - сказал Лоури.
Генетическая адаптация часто сопряжена с компромиссами. Например, признаки, обеспечивающие зимостойкость на севере, могут отвлекать ресурсы от роста. Точно так же преобладание генов роста у адаптированных к югу растений может снизить их устойчивость к холоду.
В этом исследовании благоприятные характеристики для роста были выражены в одном регионе страны без уменьшения других. «Это немного говорит нам о том, как работает адаптация и как она может принести пользу сельскому хозяйству», - сказал Лоури. «Если мы сможем выбирать по этим локусам, мы сможем получить выгоду без особых затрат».
Поскольку они разработали исследование для охвата такой обширной географической области, группа смогла выделить эти беспроигрышные генетические сценарии.
"Обычно в таких экспериментах участвуют только две полевые площадки, но у нас их было 10", - сказал Лоури. «Таким образом, у нас было гораздо лучшее представление о том, что существуют места, связанные с гораздо более низкими затратами».
«Мы получаем новое представление о том, как растения приспосабливаются к различным условиям», - сказал Лоури. «Понимание того, как просо адаптируется к северу США по сравнению с югом США, позволит нам использовать эти знания, чтобы улучшить его как биоэнергетическую культуру».