Учёные используют генетическую мутацию для ускорения селекции растений

Исследователи из Университета штата Айова, возможно, решили давнюю проблему, связанную с ускоренным получением чистых генетических линий.

Технология удвоенных гаплоидов (DH) стала одной из основ современной селекции кукурузы. Однако у неё есть не только преимущества, но и сложности. Сначала необходимо создать гаплоидные растения, несущие только один, материнский, геном. Затем единственный геном гаплоидного растения удваивается с помощью химического процесса, что ускоряет получение генетически чистых инбредных линий.

Одним из главных препятствий технологии DH является стерильность мужских цветков гаплоидов. Для решения этой проблемы проростки обрабатывают токсичным химикатом колхицином, который стимулирует удвоение генома и возвращает фертильность мужским цветкам. Этот процесс трудоёмкий и дорогостоящий.

Исследование, недавно опубликованное в Nature Plants, сообщает об открытии мутации, которая восстанавливает мужскую фертильность у гаплоидов без использования колхицина. Работу провели научный сотрудник Сиддик И. Абубаккер, профессор Томас Любберштедт и бывший аспирант Лимин Чжоу.

Они показали, что использование мутаций, изменяющих позиционирование веретена деления во время репродуктивной фазы растения — мейоза, — может восстановить мужскую фертильность гаплоидных растений.

Веретено деления обеспечивает правильное деление клетки. Во время нормального мейоза у обычных диплоидных растений (с двумя наборами хромосом) веретена расположены перпендикулярными парами, что обеспечивает их правильное выстраивание. У гаплоидных растений хромосомы распределяются неравномерно во время деления клетки, что приводит к высокой стерильности на следующих этапах размножения.

Команда выдвинула гипотезу, что набор генетических аномалий растений, известных как мутанты параллельного веретена (ps-мутанты) (которые меняют положение веретён во время мейоза с перпендикулярного на параллельное), может улучшить мужскую фертильность гаплоидов. Они проверили эту идею на модельном растении Arabidopsis thaliana.

Эксперимент удался — гаплоидные растения-мутанты росли, и большинство из них были фертильны. Результаты подтверждают идею о том, что неравномерное выстраивание волокон веретена в критической фазе мейоза у гаплоидных самцов можно преодолеть, используя склонность мутантов вызывать более горизонтальное формирование веретена.

«Использование этой мутации для преодоления проблемы мужской фертильности у гаплоидных растений имеет большие перспективы для замены ресурсоёмких протоколов искусственного (химического) удвоения генома для получения DH-линий», — заявил Любберштедт.

Учёные считают, что выявленные ими полезные мутации можно — с некоторыми модификациями — применить к кукурузе и другим культурам. Изучение этого потенциала станет одним из их следующих проектов.