Ученые успешно использовали мутагенез для идентификации гена, вызывающего бесплодие гибридов риса, который является основным репродуктивным барьером между видами.
Ожидается, что их успех поможет выяснить генетическую основу межвидовой стерильности гибридов, что важно не только для понимания эволюционной биологии видообразования, но и для улучшения сельскохозяйственных культур для производства продуктов питания.
Культивируемых видов риса всего два: азиатский (Oryza sativa) и африканский (O.глаберрима). Африканские виды устойчивы к различным абиотическим и биотическим стрессам, таким как высокая температура, и являются ценным источником генов, которые могут быть полезны при выращивании риса. Однако межвидовой репродуктивный барьер стоит на пути использования африканских видов в программах разведения с азиатскими видами. Растения, полученные в результате скрещивания двух видов, при культивировании почти не дают семян. Это известно как гибридное бесплодие.
Чтобы определить причину этого бесплодия, доцент Йохей Койдэ и доцент Акира Канадзава из Университета Хоккайдо вместе со своими сотрудниками, старшим научным сотрудником Йошимити Фукута из JIRCAS и профессором Ютака Окумото из Киотского университета, сосредоточились на локусе гена S1, который Известно, что он участвует в гибридной стерильности. Команда создала множество гибридных семян, гетерозиготных по локусу S1, которые затем подвергли облучению пучком тяжелых ионов, чтобы вызвать мутации. Эксперименты по облучению проводились в RIKEN.
Во время скрининга мутантов они обнаружили растения, дающие семена, а значит, плодородные, несмотря на то, что они гетерозиготны по локусу S1. Последующий генный анализ локуса S1 обнаружил делецию в гене, кодирующем пептидазу, под названием SSP. Когда команда принесла интактный SSP азиатским видам с помощью экспериментов по трансформации и скрестила трансформант с мутантом, он восстановил гибридную стерильность, показав, что SSP является причиной. Интересно, что трансформация сама по себе не показала стерильности, что позволяет предположить, что SSP необходим, но недостаточен для гибридной стерильности.
Затем команда исследовала эволюционные пути SSP и обнаружила, что этот ген присутствует только у африканских видов и некоторых других диких видов, но не у азиатских. Это означает, что ген был приобретен или утрачен на определенных эволюционных путях и сохранил межвидовые границы.
«Наше исследование показывает, что межвидовой репродуктивный барьер может быть преодолен путем разрушения одного гена. Дальнейшие исследования могут помочь улучшить селекционные программы и повысить урожайность риса, чтобы решить проблему нехватки продовольствия среди растущего населения», - говорит Йохей Койдэ.