Новое исследование выявило ген, контролирующий форму и размер колосков пшеницы, что может помочь селекционерам повысить урожайность одной из самых важных сельскохозяйственных культур в мире.
Команда из Центра Джона Иннеса говорит, что обнаруженный ими генетический механизм также имеет отношение к строению соцветий (цветков) ряда других основных злаков, включая кукурузу, ячмень и рис.
Генетическая идентификация агрономически важного признака представляет собой важную веху в исследованиях пшеницы; культура с заведомо сложным геномом.
Выводы, опубликованные сегодня в журнале The Plant Cell, дают селекционерам новый инструмент для ускорения глобального поиска улучшения пшеницы. В исследовании также освещается ряд методов следующего поколения, доступных для фундаментальных исследований пшеницы, самой распространенной сельскохозяйственной культуры в мире.
Инициатива по пшенице, которая координирует глобальные исследования пшеницы, определила цветочную архитектуру как одну из ключевых черт, которую необходимо улучшить, если мы хотим достичь повышения урожайности на 1,6%, необходимого для того, чтобы прокормить растущее население мира.
Д-р Скотт Боден из Центра Джона Иннеса, чья лаборатория генетики сельскохозяйственных культур руководила исследованием вместе с коллегами из Австралии и Кембриджа, сказал, что это стало прорывом как в лаборатории, так и в полевых условиях.
Этот документ является примером того, что мы можем сделать с пшеницей сейчас, используя множество ресурсов, которые поступают на борт. Мы прошли с поля в лабораторию и обратно. Это ген развития, который вносит свой вклад во многие агрономически важные признаки. Эти знания и ресурсы, полученные в результате этого исследования, можно использовать, чтобы увидеть, действительно ли оно приносит пользу».
"Мы подошли к этому с академической точки зрения, но мы перешли к тому, чтобы предоставить селекционерам инструменты, с которыми они могут работать для оптимизации развития цветков."
Разнообразие цветочной архитектуры использовалось поколениями селекционеров для повышения урожайности, а генетическая изменчивость этого признака может еще больше повысить урожайность зерна.
Исследование было сосредоточено на генетике, лежащей в основе специфического мутантного признака мягкой пшеницы, известного как парные колоски, когда соцветие пшеницы формируется из двух колосков вместо обычного. Эта черта, имеющая сходство с цветением кукурузы и риса, является вариацией, которая может привести к увеличению урожая.
Используя ряд методов, включая трансформацию растений, секвенирование генов и быстрое размножение, исследователи исследовали линии пшеницы с парными колосками, полученные в результате картирования популяции, называемой интеркроссом продвинутого поколения с несколькими родителями (MAGIC); популяция яровой пшеницы, созданная в качестве инструмента для изучения и определения генетического происхождения соответствующих признаков.
Исследование показало, что ген под названием TEOSINTE BRANCHED1 (TB1) регулирует архитектуру соцветия пшеницы, стимулируя образование парных колосков с помощью механизма, который задерживает цветение и снижает экспрессию генов, контролирующих развитие боковых ветвей, называемых колосками.
Дальнейший анализ показал, что аллели, модифицирующие функцию TB1, присутствуют в широком диапазоне основных современных сортов пшеницы, используемых селекционерами в Великобритании и Европе. Кроме того, этот вариант аллелей TB1 присутствовал в двух из трех геномов озимой и яровой пшеницы.
Генетический анализ также показал, что TB1 связан с другим геном, который был известен давно: так называемый ген Зеленой революции, Rht-1, который контролирует высоту растения.
Дальнейшие исследования определят, действительно ли некоторые из эффектов, приписываемых Rht-1, являются эффектами TB1.
Авторы исследования говорят, что ген TB1 также важен для разнообразия архитектуры цветков ряда других злаков, включая кукурузу, ячмень и рис.
Д-р Боден надеется, что одним из следствий этого документа станет поощрение большего количества начинающих исследователей выбирать пшеницу для исследовательских проектов в области развития.
Полные результаты доступны в статье: Teosinte Branched1 регулирует архитектуру и развитие соцветий у мягкой пшеницы.