Ген-мутант кукурузы повышает содержание сахара в семенах и листьях, что может помочь в селекции лучших культур
Накопление углеводов — сахаров и крахмалов — в зернах и листьях мутантной линии кукурузы связано с одним неправильно регулируемым геном. Это открытие дает подсказки о том, как растение справляется со стрессом.
К такому выводу пришли исследователи из Penn State, которые в предыдущем исследовании обнаружили ген Maize ufo1, ответственный за создание мутантной линии. Теперь они оценивают его эффекты и потенциал для включения в селекцию новых линий кукурузы, лучше приспособленных к потеплению климата. Обнаружение более высокого уровня сахаров в тканях растений в их последнем исследовании — еще один аспект для рассмотрения генетиками.
"Это открытие имеет значение для продовольственной безопасности и выведения новых линий сельскохозяйственных культур, которые лучше справляются с изменением климата — в случае с кукурузой предстоит еще много работы", — сказал Суриндер Чопра, профессор генетики кукурузы.
Могут ли генетики растений отобрать часть этого разнообразия и включить ген ufo1 для улучшения кукурузы? Это вопрос, на который Чопра пытается ответить, начиная с этого нового исследования, обнаружившего повышенный уровень сахаров в семенах и листьях мутантной линии.
Какие признаки можно улучшить в кукурузе с помощью гена ufo1?
"Конечно, устойчивость к стрессу, но, вероятно, и развитие семян, что влияет на урожайность семян, а также на улучшение биомассы", — отметил Чопра.
Исследование гена Maize ufo1 началось из-за его связи с оранжево-красной пигментацией у мутантной линии. Знаменитый генетик Чарльз Бернхем идентифицировал этот заметный мутант ufo1 около 1960 года. Позже он получил название "unstable factor for orange".
Однако оказалось, что ген контролирует многие характеристики растения помимо пигментации. При этом ufo1 — всего один ген, и он не функционирует в геноме кукурузы в одиночку, подчеркнул Чопра.
"Чтобы перейти к аспекту селекции, нам сначала нужно понять, как этот ген на самом деле функционирует", — пояснил он.
Но уже сейчас это исследование показало, как накопление сахаров в семенах кукурузы изменяется в присутствии или отсутствии гена ufo1.
"В перспективе мы могли бы использовать эти знания о гене ufo1 в селекции для создания более устойчивых и продуктивных гибридов, где сахара и крахмалы сбалансированы", — сказал Дебамалья Чаттерджи, аспирант, руководивший исследованием.
Исследователи сделали шаг в этом направлении, опубликовав 3 мая свои выводы в Plant Physiology. В статье сообщается, что мутантный ген ufo1 влияет на дифференцировку клеток, накопление углеводов и гормонов в растении, а также модулирует экспрессию ключевых генов, участвующих в развитии семян кукурузы.
Весь растительный материал для анализа был выращен летом 2016–2020 годов. Исходные линии были получены из Maize Genetics Cooperation Stock Center.