Ген, контролирующий цветение, повышает производство энергии из сорго
Гибрид сорго, который не цветет и накапливает в три раза больше биомассы стеблей и листьев, может помочь биоэнергетической промышленности. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Команда из Texas AgriLife Research обнаружила ген, регулирующий цветение сорго.
"Для энергетических культур мы хотим предотвратить цветение растений, чтобы они накапливали как можно больше биомассы для производства биоэнергии/биотоплива", — сказал доктор Джон Маллет, биохимик AgriLife Research.
Сорго — это трава, родом из Африки, которая является незаменимым источником пищи для более чем 300 миллионов человек. Хотя его в основном выращивают для получения зерна и корма, высокобиомассное сорго также является отличной засухоустойчивой энергетической культурой для устойчивого производства биотоплива на основе лигноцеллюлозы.
"Мы смогли идентифицировать ген в сорго, который контролирует цветение в ответ на продолжительность светового дня, и обнаружили, что этот ген регулируется внутренними "часами" растения и светом, что позволяет растению цвести примерно в одну и ту же дату каждый вегетационный период", — пояснил Маллет.
Исследователи использовали методы генетического картирования, чтобы "пройти по хромосоме" сорго и обнаружить Maturity Locus 1 (Ma1) — исторически важный генетический определитель времени цветения, первоначально открытый учеными AgriLife Research в 1945 году.
"Время цветения важно для сорго, независимо от того, какой тип сорго выращивается. В случае биоэнергетического сорго вы хотите отсрочить цветение, потому что чем больше вы его откладываете, тем больше биомассы накопится", — сказала Ребекка Мерфи, докторант по биохимии.
До этого открытия селекционерам приходилось ждать цветения растения, чтобы определить его генотип по времени цветения. Теперь же можно на ранней стадии анализировать молекулярный уровень и точно предсказывать время цветения.
В исследовании была идентифицирована генетическая основа Ma1. Мутации в этом гене у некоторых генотипов сорго инактивируют его, заставляя растения цвести рано. Когда ген активен, растения цветут поздно.
Ученые также выяснили фундаментальный механизм: как внутренние часы растения и продолжительность светового дня совместно регулируют экспрессию гена Ma1 (называемого PRR37), чтобы точно определять время индукции цветения.
Полевые испытания показали, что фенотипы сорго с активной формой Ma1 и других генов этого пути могут задерживать цветение до 200 дней по сравнению с обычными 60 днями для зернового типа сорго. 90-дневное нецветущее растение сорго достигало 10-футового потолка, в то время как типичный 3-футовый сорт уже давал зерно.
Это открытие позволяет селекционерам использовать молекулярные маркеры для ускоренного создания гибридов сорго, которые цветут в оптимальное время, будь то для получения высокого урожая зерна, сахарного тростника или энергии.