Ген OsBZR4 — ключевой регулятор бесзародышевости риса, перспективный для сельского хозяйства

Развитие семени риса критически важно для урожайности и качества зерна. Зародыш и эндосперм — специализированные структуры для размножения и хранения питательных веществ — должны развиваться скоординированно.

Около 30 лет назад был обнаружен мутант риса eml1 без зародыша. Эта мутация ценна как модель для изучения взаимодействий зародыш-эндосперм и обладает термочувствительными признаками, полезными для селекции. Однако генетические механизмы, ответственные за бесзародышевый фенотип, оставались неясными.

Исследовательская группа под руководством профессора Бу Цинъюнь из Северо-Восточного института географии и агроэкологии Китайской академии наук идентифицировала ген OsBZR4 как ключевой регулятор формирования бесзародышевого риса и раскрыла его молекулярные пути. Результаты опубликованы в Nature Communications 26 июля.

Основные результаты исследования:

• OsBZR4 подтверждён как главный регулятор развития семян без зародыша. Мутации в этом гене вызывали бесзародышевые семена у 60–100% растений в нескольких сортах риса.
• Ген активен на границе между щитком (специализированной структурой зародыша) и эндоспермом. Там он подавляет два гена — YUC4 и PIN5b — контролируя уровень и распределение ауксина на ранних стадиях развития семени.
• Экзогенное применение ауксина или сверхэкспрессия гена YUC4 (участвующего в синтезе ауксина) увеличивали частоту появления бесзародышевых семян. Обработка ингибитором транспорта ауксина N-1-нафтилфталаминовой кислотой (NPA), напротив, снижала её.
• Исследование также объяснило термочувствительность мутанта. Повышенные температуры усиливали признак бесзародышевости у мутантов bzr4, активируя ген OsPIL13, который, в свою очередь, стимулирует транскрипцию YUC4 и накопление ауксина.
• Введение мутантного аллеля bzr4 в элитные сорта риса ZJ10 и ZJ11 улучшило выход шлифованного риса и сохранность зерна — ключевые признаки для сельскохозяйственной продуктивности.

Целенаправленное манипулирование геном OsBZR4 может позволить создавать термочувствительные бесзародышевые сорта риса с увеличенными энергетическими запасами и лучшей лёжкостью.