Идентифицирован ген, контролирующий проницаемость и содержание кальция в семенах сои

Исследователи из Университета Пердью определили ген, который контролирует, будут ли семенные оболочки сои твёрдыми или проницаемыми. Это открытие может быть использовано для выведения лучших сортов для южных и тропических регионов, обогащения генетического разнообразия культуры и повышения питательной ценности сои.

Джаньсинь Ма и его коллеги обнаружили, что мутация в гене GmHs1-1 превращает твёрдые семенные оболочки дикой сои в проницаемые. Фермеры отобрали этот признак около 5000 лет назад, что стало ключевым шагом в одомашнивании сои от её твёрдосемянного родственника Glycine soja.

Ген можно модифицировать для создания улучшенных сортов для регионов, где проницаемость семян может быть недостатком. GmHs1-1 также связан с содержанием кальция в сое, что даёт генетическую мишень для повышения питательности соевых продуктов.

Понимание механизма, определяющего проницаемость семян, также может дать исследователям лучший доступ к в значительной степени неиспользуемому генетическому разнообразию дикой сои для обогащения культурных сортов, чей недостаток генетического богатства сдерживает улучшение урожайности.

«Это первый ген, связанный с твёрдосемянностью, идентифицированный у любого вида растений. Это открытие может помочь нам быстро определить гены, контролирующие этот признак у многих других растений. Мы также рады потенциальным возможностям для изменения концентрации кальция в семенных оболочках. Это может стать прорывом по мере идентификации похожих генов, контролирующих уровень кальция у других бобовых», — заявил Ма.

Твёрдосемянность обеспечивает долгосрочное выживание многих диких видов растений, защищая семена в суровых условиях и позволяя им оставаться в состоянии покоя до наступления благоприятных условий для прорастания. Заключённые в водонепроницаемую и герметичную оболочку, семена могут оставаться жизнеспособными в течение длительного времени, в некоторых случаях — более 100 лет.

Но твёрдая оболочка, придающая диким семенам устойчивость, является проблемой в сельскохозяйственном производстве. Она препятствует быстрому и равномерному прорастанию. Семенам дикой сои требуются недели или месяцы для прорастания, тогда как семена культурной сои начинают поглощать воду уже через 15 минут.

Тысячелетия назад фермеры в Азии распознали ценность проницаемости семян и искусственно отобрали этот признак для получения предшественников современных культурных сортов сои.

Генетические факторы, лежащие в основе проницаемости семенной оболочки, оставались загадкой, пока Ма и его команда не использовали метод позиционного клонирования, чтобы определить GmHs1-1 как ген, ответственный за твёрдосемянность.

Команда обнаружила, что мутация в одной паре нуклеотидов этого гена вызывает проницаемость семенной оболочки — то есть изменение одной пары из примерно 1 миллиарда пар оснований, составляющих геном сои.

«Мы наконец понимаем генетическое изменение, позволившее одомашнить сою. Когда мы делаем такое открытие, мы всегда очень взволнованы», — сказал Ма.

Модификация гена может привести к созданию более выносливых семян для юга США и тропиков — регионов, где мягкие оболочки культурной сои снижают её жизнеспособность вскоре после сбора урожая.

Открытие также может помочь исследователям улучшить кулинарные качества сои и других бобовых, таких как фасоль, у которых разные уровни твёрдосемянности затрудняют достижение стабильного качества.

Следующая цель команды — определить гены, взаимодействующие с GmHs1-1, и понять, как они вместе контролируют содержание кальция и, возможно, других минералов.

Статья была опубликована в журнале Nature Genetics 22 июня и доступна по ссылке: dx.doi.org/10.1038/ng.3339.