Новые данные проливают свет на пути повышения урожайности пшеницы

Исследователи из Университета штата Канзас и Министерства сельского хозяйства США изучили генетику пшеницы, используемой для производства хлеба, чтобы понять причины её высокой адаптивности к разным климатическим условиям по всему миру. Их работа, опубликованная в мартовском номере журнала Genetics за 2009 год, даёт ключевые подсказки для выведения более урожайных сортов, способных прокормить растущее население планеты.

Особенность генома пшеницы

В отличие от людей, имеющих по две копии каждого гена (от каждого родителя), хлебная пшеница — гексаплоид, то есть обладает шестью копиями каждого гена (по три от каждого «родителя»). Эти копии работают согласованно, определяя выживаемость и продуктивность растения. Изучение экспрессии генов в пшенице крайне сложно из-за множества вариантов генов, которые могут активироваться в разное время, а также из-за взаимодействий между ними, порождающих новые признаки.

Ключевые результаты исследования

• Учёные обнаружили, что более чем у каждого десятого гена экспрессия может регулироваться за счёт взаимодействия между разными генными копиями (явление аллельного взаимодействия). Это, вероятно, и является причиной выдающейся выносливости хлебной пшеницы.
• Выявлено, что относительно высокий процент генов (1.7%) являются перспективными кандидатами для дальнейшего изучения и селекционной работы. Цель — создание сортов с повышенной урожайностью или устойчивостью к стрессам, например, вызванным глобальным потеплением.

Методология

Чтобы понять эволюцию пшеницы, авторы воссоздали в лаборатории события, которые привели к её появлению в природе. Они скрестили диплоидный и тетраплоидный виды-предшественники, получив синтетический штамм пшеницы. Затем с помощью ДНК-микрочипа они одновременно измерили экспрессию тысяч генов у родительских видов и синтетического потомства. Эти данные позволили проверить гипотезу о том, что многие признаки пшеницы возникают не просто от экспрессии отдельных генов, а в результате сложного взаимодействия их копий.

Значение работы

«Чтобы прокормить население, которое, по прогнозам, достигнет 9 миллиардов к 2050 году, мы должны увеличивать урожайность пшеницы на 2% в год с единицы площади», — заявил старший автор исследования Бикрам С. Гилл. — «Пшеница — ключевой продукт, от которого зависит качество жизни миллиардов людей».

Главный редактор журнала GENETICS Марк Джонстон отметил: «Эта работа — прекрасный пример того, как наши предки, стремясь прокормиться, использовали вариации в экспрессии генов у гибридной пшеницы. Потребность в устойчивом сельском хозяйстве только растёт, и авторы вносят важный вклад в понимание культуры, критической для нашего существования».