Учёные обнаружили ген, влияющий на урожайность зерна
Исследователи из Института возобновляемого топлива Enterprise Rent-A-Car в Научном центре растений Дональда Данфорта обнаружили ген, который влияет на урожайность зерна у трав, родственных продовольственным культурам. Были выявлены четыре мутации, способные повлиять на культуры-кандидаты для производства возобновляемого и устойчивого топлива.
В статье, опубликованной 18 апреля 2017 года в журнале Nature Plants, команда под руководством Томаса Брутнелла, доктора философии, директора Института возобновляемого топлива Enterprise в Центре Данфорта, и исследователей из Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI), провела генетические скрининги для выявления генов, которые могут играть роль в развитии цветка на метёлке зелёного щетинника. Зелёный щетинник — дикий родственник обычной культурной чумизы. Эти виды Setaria связаны с несколькими кандидатами в биоэнергетические травы, включая просо прутьевидное и мискантус, и служат модельными системами для изучения трав, которые фотосинтетически фиксируют углерод из CO2 через водосберегающий (C4) путь. Геномы как зелёного щетинника, так и чумизы были секвенированы и аннотированы в рамках Программы сообщества DOE JGI.
«Мы выявили четыре рецессивных мутанта, которые приводят к уменьшенным и неравномерным цветочным кластерам», — сказал Пью Хуанг, доктор философии, ведущий автор статьи. «В конечном итоге идентифицировав ген у зелёного щетинника, мы обнаружили новый детерминант в контроле урожайности зерна, который может иметь решающее значение для улучшения продовольственных культур, таких как кукуруза».
Трава Setaria была предложена в качестве модели для продовольственных и биоэнергетических культур из-за её низкого роста и быстрого жизненного цикла по сравнению с большинством биоэнергетических трав. После создания ресурса мутантной популяции для этой травы лаборатория Брутнелла проскринировала 2700 семейств M2, глубоко секвенировала пул мутантов, чтобы идентифицировать причинную мутацию, и подтвердила, что гомологичный ген у кукурузы играет аналогичную роль.
«Выявление этого нового игрока в архитектуре метёлки может позволить проектировать растения с усиленными или уменьшенными структурами метёлки», — заявил Брутнелл. «Например, селекция кукурузы отбирала растения с уменьшенными мужскими метёлками (также известными как султаны), чтобы уменьшить затенение в поле, сохраняя при этом достаточное производство пыльцы. Однако урожай зерна у сорго напрямую связан с архитектурой метёлки. Показав, что этот ген влияет на архитектуру метёлки у Setaria и кукурузы, мы расширили инструментарий для селекционеров».
В Центре Данфорта растения являются ключом к открытиям и продуктам, которые обогатят и восстановят как окружающую среду, так и жизнь людей во всём мире. Исследования лаборатории Брутнелла включают поиск следующего поколения биотоплива: альтернативных источников энергии, которые являются доступными, устойчивыми и экологически безопасными. Исследования разрабатывают новые вычислительные инструменты и модельные системы для выявления генов, которые улучшат урожайность сельскохозяйственных культур за счёт усиления фотосинтеза.