Учёные открыли ген, повышающий урожайность пшеницы
Исследователи под руководством доктора Цзяо Юйлина из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук совместно с коллегами из Пекинского университета обнаружили, что редактирование гена DUO1, кодирующего фактор транскрипции APETALA2/ethylene responsive factor (AP2/ERF), может значительно повысить урожай зерна пшеницы. Результаты опубликованы в Nature Plants.
«Открытие этого гена предоставляет превосходные аллельные варианты для повышения урожайности пшеницы и имеет положительное значение для решения проблемы продовольственной безопасности», — сказал профессор Скотт Боден, исследователь пшеницы из Университета Аделаиды, Австралия.
Пшеница — одна из важнейших продовольственных культур, но она является самоопыляющимся растением с низким генетическим разнообразием и уникальными эволюционными ограничениями. Для дальнейшего повышения урожайности необходимо создавать новые аллели и идентифицировать новые локусы.
Колос пшеницы — сложный колос, несущий у основания каждого узла оси по одному колоску. Число колосков положительно коррелирует с числом зёрен. Поэтому анализ ключевых генов, влияющих на число колосков, имеет большое теоретическое и практическое значение.
В этом исследовании учёные использовали мутантные линии Brachypodium distachyon с изменённым числом колосков для изучения генов, регулирующих это число у пшеницы.
Они идентифицировали мутант Brachypodium distachyon с вставкой T-DNA, bdduo1, у которого наблюдается увеличенное число колосков на колос. Серия генетических тестов подтвердила роль гена BdDUO1 в регуляции формы колоса.
Затем исследователи искусственно отредактировали гомологичный ген пшеницы с помощью технологии CRISPR/Cas9. Они обнаружили, что у генетически отредактированных мутантов колоски в нижней средней части колоса демонстрировали фенотип с несколькими колосками (2–3 колоска у основания каждого узла оси). Метод визуализации in vivo показал большее количество и больший размер клеток в зачатках базальных колосков у мутантной пшеницы по сравнению с диким типом, что указывает на регуляцию клеточного деления этим геном.
В ходе полевых экспериментов на опытных делянках также было обнаружено, что у отредактированной мутантной пшеницы было значительно больше зёрен на колос по сравнению с диким типом, что увеличивало урожай с единицы площади.