Биологи растений из Калифорнийского университета в Дэвисе открыли способ заставить культурные растения размножаться через семена в виде клонов. Открытие, к которому давно стремятся селекционеры и генетики, может облегчить размножение высокоурожайных, устойчивых к болезням или климату культур и сделать их доступными для фермеров всего мира.
Работа опубликована 12 декабря в журнале Nature.
С 1920-х годов многие культуры выращивались из гибридных семян, полученных путем скрещивания двух сортов. Эти гибриды могут иметь превосходные качества в таких областях, как урожайность или устойчивость к вредителям. Но семена гибридных культур не дают растений с такими же качествами.
Возможность получения клона, точной копии растения из его семян станет крупным прорывом в мировом сельском хозяйстве. Вместо ежегодной закупки дорогих гибридных семян, что часто не по средствам фермерам в развивающихся странах, фермеры могут пересаживать семена своих собственных гибридных растений и из года в год получать высокие урожаи.
Около 400 видов дикорастущих растений могут давать жизнеспособные семена без оплодотворения. Этот процесс, называемый апомиксисом, по-видимому, много раз развивался у растений, но не у коммерческих видов сельскохозяйственных культур.
Открытие постдокторского исследователя Имтияза Хандея и Венкатесана Сундаресана, профессора биологии растений Калифорнийского университета в Дэвисе и их коллег из Калифорнийского университета в Дэвисе, Университета штата Айова и INRA, Франция, является важным шагом вперед.
«Это очень желанная цель, которая может изменить сельское хозяйство», - сказал Сундаресан.
Ген "бэби-бума" является ключевым
Кхандай и Сундаресан обнаружили, что ген риса BBM1, принадлежащий к семейству растительных генов под названием «бэби-бум» или BBM, экспрессируется в сперматозоидах, но не в яйцеклетках. После оплодотворения BBM1 экспрессируется в оплодотворенной клетке, но, по крайней мере первоначально, эта экспрессия происходит от мужского вклада в геном.
BBM1, рассуждали они, включает способность оплодотворенной яйцеклетки образовывать эмбрион.
Исследователи сначала использовали редактирование генов, чтобы лишить растения способности проходить мейоз, чтобы яйцеклетки формировались вместо митоза, наследуя полный набор хромосом от матери.
Затем они заставили эти яйцеклетки экспрессировать BBM1, чего они обычно не делают без оплодотворения.
"Итак, у нас есть диплоидная яйцеклетка, способная производить эмбрион, который вырастает в клональное семя", - сказал Сундаресан.
На данный момент эффективность процесса составляет около 30 процентов, но исследователи надеются, что ее можно увеличить за счет дополнительных исследований. По словам Сундаресана, этот подход должен работать на других зерновых культурах, которые имеют эквивалентные гены BBM1, а также на других сельскохозяйственных культурах.