Один ген может определять размер чайных почек

Чай (Camellia sinensis) — один из самых популярных напитков в мире, а размер молодых почек напрямую влияет на урожайность и качество. Более крупные почки могут увеличить массу листа, а разные типы чая требуют специфического соотношения почки и листа для соответствия стандартам обработки. Однако генетические регуляторы, контролирующие размер почки, оставались малоизученными, что ограничивало прогресс в селекции.

Предыдущие исследования предполагали, что развитие побега зависит от сетей транскрипционных факторов, включая регуляторные пути KNOX, но их функции у чая не были полностью выяснены.

Исследователи из Чайного научно-исследовательского института Китайской академии сельскохозяйственных наук провели комплексное исследование, используя цифровой фенотипинг, полногеномный ассоциативный анализ (GWAS) и сравнительную транскриптомику. Результаты были опубликованы 20 февраля 2025 года в журнале Horticulture Research.

Команда изучила 280 разнообразных образцов чая и идентифицировала ген класса I KNOX, CsKNOX6, как главный негативный регулятор размера почки. Сверхэкспрессия CsKNOX6 в Arabidopsis thaliana значительно уменьшила площадь листьев, подтвердив его роль в ограничении роста органов.

• Фенотипирование и анализ: С помощью анализа изображений исследователи количественно оценили длину, ширину, периметр и площадь почек у 280 образцов. Эти признаки показали непрерывную вариацию и высокую наследуемость, что указывает на сильный генетический контроль.
• Транскриптомный анализ: Сравнительный анализ транскриптомов образцов с крайними размерами почек выявил четыре кандидатных транскрипционных фактора класса I KNOX с достоверно более высокой экспрессией у сортов с мелкими почками.
• GWAS-картирование: Среди них полногеномное ассоциативное картирование выделило CsKNOX6 как наиболее вероятный ключевой регуляторный ген. Ген расположен на хромосоме 10, и его последовательность предполагает ядерную локализацию, что согласуется с транскрипционной регуляторной активностью.
• Функциональная валидация: Сверхэкспрессия CsKNOX6 в Arabidopsis thaliana привела к аномальному развитию побегов и значительно меньшим листьям, площадь которых сократилась до 13% от уровня дикого типа.

"Размер почки — критически важный признак как для агрономической продуктивности, так и для рыночного качества чая. Идентификация CsKNOX6 предоставляет прямую генетическую мишень для селекционного отбора, включая маркер-опосредованное улучшение", — подчеркнули исследователи.

Открытие CsKNOX6 открывает новые возможности для создания сортов чая с оптимизированным размером почек для разных целей производства, например, для премиального ручного сбора или высокоурожайной механической уборки. Ген может быть интегрирован в программы молекулярной селекции через отбор по SNP-маркерам или методы генного редактирования.

Исследователи отмечают, что, хотя функциональное тестирование в Arabidopsis дает убедительные доказательства, будущая валидация с помощью генного редактирования или трансгенеза в растениях чая будет необходима для подтверждения регуляторных механизмов у многолетних древесных видов.