Дослідники виявили ген, що підвищує врожайність пшениці

Інститут генетики та біології розвитку Китайської академії наук спільно зі співробітниками з Пекінського університету виявили, що редагування гена фактора транскрипції APETALA2/етиленового фактора (AP2/ERF), DUO1, може значно покращити врожайність зерна пшениці. Підсумки роботи, у вигляді інформативного тексту, опублікували в Nature Plants.

Науковці працювали на чолі з доктором JIAO Yuling, і досягнені результати вже оцінили колеги з Австралії.

«Відкриття цього гена забезпечує чудові алельні варіації для підвищення врожайності пшениці та має позитивні наслідки для вирішення проблеми продовольчої безпеки», — заявив всесвітньо відомий дослідник пшениці, професор Скотт Боден з Університету Аделаїди, Австралія.

Люди модифікували та одомашнювали природні рослини та тварин для потреб і розвитку людини протягом десятків тисяч років. Пшениця, один із найважливіших харчових раціонів, є інбредною культурою з низьким генетичним різноманіттям і унікальними еволюційними обмеженнями. Нагодувати зростаюче населення є серйозною проблемою. Тож для подальшого покращення ознак урожайності зерна необхідно створити нові алелі (різні форми того ж самого гена, розташовані в однакових ділянках (локусах) гомологічних хромосом, – прим. ред) та ідентифікувати нові локуси у пшениці.

Пшеничний колос — складний колос із декількома осьовими вузлами, в основі кожного з яких лежить колосок. Кількість колосків суттєво і позитивно корелює з кількістю зерен. Тому аналіз ключових генів, що впливають на кількість колосків, має велике теоретичне та практичне значення для підвищення врожайності зерна пшениці.

У цьому дослідженні дослідники використовували мутантні лінії колосків Brachypodium distachyon як засіб дослідження генів, що регулюють кількість колосків у пшениці.

Вони ідентифікували мутант вставки Т-ДНК Brachypodium distachyon, bdduo1, який демонструє збільшену кількість колосків на колос. Вчені прояснили роль BdDUO1 у регуляції форми шипів у Brachypodium distachyon за допомогою серії генетичних тестів.

Потім науковці штучно відредагували ген пшениці за допомогою технології CRISPR/Cas9. Та виявили, що колоски в нижній середній частині колосків демонструють багатоколосковий фенотип (2-3 колоски біля основи кожного вузла рахісу) у генно-редагованих мутантів. Живе зображення виявило більше та більші клітини в базальних зачатках колоска мутантної пшениці порівняно з диким типом, що свідчить про те, що ген регулює поділ клітин.

Під час польових експериментів із визначенням врожайності дослідники також виявили, що генно-відредагована мутантна пшениця мала значно більше зерен на колос порівняно з диким типом, таким чином збільшуючи врожайність на одиницю площі.

Функціональний аналіз DUO1. A-B. Brachypodium distachyon дикого типу (A) з чотирма колосками на головному колосі; мутант (Б) з вісьмома колосками; C-G показують роль цього гена в пшениці; С. сорт пшениці Філдер колосового типу; D. duo1 мутант шипоподібного типу; E. сорт пшениці Філдер, що має один колосок на вузол хребта; F. мутант із трьома колосками на вузол хребта; G. Анатомія шипа F; H-I. порівняння кількості зерен у головному колосі між Філдером дикого типу та муантом, а кількість зерен у мутантному колосі значно вища. (Зображення IGDB).