Генетический механизм HYR в рисе помогает бороться с последствиями высоких ночных температур
Исследователи из Arkansas Agricultural Experiment Station определили генетические механизмы в рисе, которые могут помочь противодействовать негативным эффектам высоких ночных температур.
Резкие потери урожая до 90% и сильное ухудшение качества зерна могут произойти, когда ночные температуры поднимаются выше 82.4°F (около 28°C) всего на две-три ночи подряд, особенно во время цветения и налива зерна. Ухудшение качества проявляется как "меловидность" — нежелательный признак, влияющий на эффективность помола, качество приготовления и вкус.
Профессор Энди Перейра и научный сотрудник Джули Томас исследовали генетический регуляторный узел в рисе, который функционирует как "главный регулятор" роста растения и реакции на стресс. Этот узел, названный HYR ("Higher Rice Yield"), связывает генетику растения с его способностью адаптироваться к изменениям окружающей среды.
HYR, первоначально обнаруженный в 2014 году, помогает рису справляться с высокими ночными температурами, включая другие гены, которые поддерживают фотосинтез, производство энергии и правильный налив зерна — процессы, обычно нарушаемые жарой.
Команда Перейры показала, что когда HYR "включен", он значительно повышает урожай зерна как в условиях хорошего полива, так и при засухе.
Как это работает
HYR поддерживает целостность клеточной стенки, стабилизирует структуру крахмальных гранул и улучшает эффективность фотосинтеза — процесс переноса энергии растения от листа к растущему зерну. Всё это вместе способствует улучшению урожая и качества зерна даже в стрессовых условиях.
Исследования показали, что даже в широко культивируемом сорте риса, обычно имеющем высокий уровень меловидности, сверхэкспрессия HYR привела к значительному снижению образования мела. Снижение меловидности сопровождалось повышением эффективности фотосинтеза даже при длительном воздействии ночных температур в 88°F (около 31°C) в условиях теплицы. Эти результаты напрямую привели к улучшению качества зерна и повышению урожайности.
Устойчивость риса
Томас и аспирант Аваис Риаз идентифицировали отдельную группу генетических маркеров — гаплотипы, связанные с HYR в множестве сортов риса со всего мира. Эти гаплотипы коррелируют с ключевыми признаками, связанными с тем, насколько хорошо растение производит и использует энергию, а также с качеством зерна.
Кроме работы над HYR, лаборатория Перейры также определила несколько новых генов-регуляторов, играющих ключевую роль в помощи рису переносить засуху, жару и болезни. Как и HYR, эти факторы транскрипции участвуют в контроле фотосинтеза и метаболизма углерода, водного баланса и гормональной сигнализации, образуя скоординированную генетическую сеть.
"Исследование выделяет HYR как главный регуляторный фактор транскрипции, управляющий каскадными эффектами в широкой сети нижестоящих генов, участвующих в фотосинтезе, метаболизме углерода и адаптации к стрессу. Он служит многообещающей мишенью для селекционеров, чтобы улучшить качество зерна риса, стабильность урожая и устойчивость к стрессам", — сказал Перейра.