Больше активных генов у высокоурожайной кукурузы
При скрещивании двух инбредных линий кукурузы наблюдается интересный эффект: гибридное потомство имеет значительно более высокую урожайность, чем любой из родительских растений. Учёные из Боннского университета исследовали ряд генетически различных гибридов. Они показали, что у потомства было гораздо больше активных генов, чем у исходных родителей. Эти результаты могут помочь в выведении ещё более урожайных сортов кукурузы. Они опубликованы в журнале Current Biology.
Исследование гибридного эффекта
Причины так называемого «эффекта гетерозиса» в значительной степени неясны. «Поэтому несколько лет назад мы внимательно изучили одну конкретную инбредно-гибридную комбинацию», — объясняет профессор Франк Хоххольдингер. «Мы смогли показать, что у гибридного потомства гораздо больше активных генов, чем у его родителей. Но тогда мы не знали, относится ли это только к этой конкретной комбинации родительских растений или является общим механизмом».
В данном исследовании учёные изучили шесть различных инбредно-гибридных комбинаций. Родительские инбредные линии были отдалённо родственны и равномерно распределены по всему филогенетическому дереву кукурузы.
«Мы проанализировали, какие гены транскрибировались у исходных растений, а какие — у потомства», — объясняет Ютта Балдауф. «Это подтвердило выводы нашей предыдущей работы: у гибридов всегда было гораздо больше активных генов, чем у их родителей».
Комплементация повышает продуктивность
У растений кукурузы есть два варианта каждого гена (аллеля) — от женского и мужского родителя. В инбредных линиях, самоопыляемых в течение многих поколений, два аллеля большинства генов идентичны. Это может приводить к тому, что определённые гены вообще не транскрибируются. Однако эти гены могут быть активны в другой инбредной линии.
При скрещивании таких родительских линий активные гены одного родителя компенсируют неактивные гены другого родителя в потомстве. «В среднем мы насчитываем больше активных генов у потомства», — объясняет Балдауф.
Учёные оценивают генетический прирост в среднем в 500–600 дополнительно активных генов. Общий генетический материал кукурузы составляет около 40 000 генов. «Комплементация SPE-генов (от "single parent expression") может быть одним из факторов, почему гибриды работают лучше своих родителей», — говорит профессор Хоххольдингер.
Значение для селекции
Многие SPE-гены развились позже в ходе эволюции и не выполняют жизненно важных ключевых функций. Многие из них принадлежат к определённым группам так называемых транскрипционных факторов — белков, регулирующих активность других генов.
Результаты могут в среднесрочной перспективе облегчить выведение более продуктивных сортов кукурузы. «С помощью SPE-генов мы предоставляем растениеводам генетические маркеры для этой цели», — подчёркивает Хоххольдингер. «Возможно, на основе этих маркеров можно будет выбирать конкретных партнёров для гибридизации, что может привести к получению особенно высокоурожайных гибридов».
Это крайне важно для долгосрочного питания растущего населения мира: эксперты прогнозируют, что к 2050 году урожайность сельского хозяйства должна увеличиться на 70%. Кукуруза уже сейчас является самой продуктивной культурой и поэтому играет особенно важную роль в питании.