Новини науки

Дослідники центру Джона Іннеса (Великобританія) визначили ген, який  впливає на урожайність пшениці.

Методи редагування генів допомогли ідентифікувати та пояснити ключовий ген ZIP4 в пшениці, який відповідає за підтримку 50% врожайності цієї глобальної культури.

Відкриття являє собою захоплюючу нову можливість для селекції високоврожайних елітних сортів пшениці з використанням нової мутації гена, а також дозволяє привнести критично важливі риси, такі як стійкість до спеки і стійкість до хвороб.

У дослідженні, опублікованому в Nature Scientific Reports, дослідницька група професора Грема Мура скористалася перевагами останніх досягнень в технології дослідження пшениці, щоб пояснити генетичні елементи, які ставили вчених в глухий кут більше 60 років.

"Наше дослідження описує ідентифікацію гена ZIP4 та його фенотипу, відповідального за збереження 50% зерна пшениці. Тепер ми можемо прагнути ідентифікувати варіанти цього гена з ефектами, які надають урожайності пшениці стійкість до зміни клімату", - сказав професор Мур.

Вирощування стійкої до зміни клімату пшениці допоможе забезпечити урожай, від якого залежать 2,5 мільярда людей.

Багато видів рослин, включаючи більшість квіткових, є поліплоїдними, тобто мають кілька геномів. Поліплоїдний геном пшениці виник як комбінація диких трав, що зазнали перехресного запліднення, приблизно 10 000 років тому на Близькому Сході.

Під час цього процесу, відомого як поліплоїдизація, фертильність зберігається за допомогою механізмів, які еволюціонували для управління поведінкою цих множинних геномів під час мейозу, фази статевого розмноження всередині клітин.

Під час поліплоїдизації пшениці головний мейотичний ген ZIP4 дублювався з хромосоми 3 в хромосому 5b.

Попередні дослідження показали, що дубльований ген виконує дві ключові функції в стабілізації генома пшениці під час мейозу: сприяння правильному спаровуванню хромосом і придушення кросовера між спорідненими хромосомами.

Більше 60 років вважалося, що функція придушення відповідає за стабільність геному і урожай зерна і, отже, сприяє прийняттю рішень про селекцію.

Дослідники з групи Мура використовували методи редагування генома CRISPR-Cas9 для створення мутантної рослини, в якому був видалений ген ZIP4 5B, що призвело до втрати обох його функцій. Ця мутація дає на 50% менше зерен, що підтверджує критичну роль ZIP4 5b в родючості пшениці.

Потім вони створили нову мутантну рослину ZIP4 5B з "поділом функцій", яка втратила фенотип супресії кросовера, але все ще зберігала здатність сприяти правильному спаровуванню.

Цікаво, що фенотип "заохочення правильного спарювання" при поділі функції мутантної пшениці ZIP4 5B підтримує стабільність хромосом і збереження кількості зерен.

Результати показали, що несподівано втрата фенотипу супресії кросовера не знижує фертильність пшениці при збереженні іншої функції.

"До цих пір неясна важливість цього другого фенотипу для збереження кількості зерен. Наше дослідження показало, що новий мутант тепер повинен використовуватися в селекції пшениці для підтримки врожайності і, оскільки він не має функції придушення, для збільшення шансів успішної інтрогресії бажаних сегментів диких родичів хромосом в пшеницю", - зауважив професор Мур.

Мейоз-це функція, на яку впливає підвищення температури. Пріоритетним напрямком досліджень є пошук варіантів гена ZIP4, які зберігають мейотичну стабільність і фертильність при різних температурних режимах.

Перший автор дослідження доктор Азахара Мартін сказав:

"Дуплікація гена ZIP4 з хромосоми 3 в хромосому 5B після поліплоїдизації, ймовірно, мала величезний вплив на сільське господарство та харчування людини. Поділ функціональних мутантів, описаний у цьому дослідженні, призведе до більш успішних інтрогресій у селекції".