Генетики раскрыли механизм подавления остей у сорго
В процессе одомашнивания злаков (пшеницы, риса, ячменя, сорго) произошли морфологические изменения, включая частичное или полное устранение остей — щетинковидных отростков на кончике цветковых чешуй. Ость защищает зерно от животных, способствует распространению семян и участвует в фотосинтезе у ячменя и пшеницы. Однако она также мешает ручному сбору урожая и снижает ценность культуры как корма для скота, что объясняет её устранение.
Хотя генетические механизмы развития остей изучены у риса и пшеницы, у сорго ген, подавляющий ость, был обнаружен ещё в 1921 году, но оставался неохарактеризованным. Международная группа учёных под руководством профессора Ватару Сакамото из Университета Окаямы, включая профессора Хидэки Таканаши из Токийского университета, наконец решила эту задачу. Исследование опубликовано в Plant & Cell Physiology 30 мая 2022 года.
Профессор Сакамото объясняет важность сорго для исследований: это важная C4 культура для получения высокой биомассы и биоэнергии, обладающая засухоустойчивостью и занимающая пятое место среди возделываемых злаков. Кроме того, у сорго морфологическое разнообразие сочетается с относительно небольшим размером генома, что удобно для генетических исследований.
Для работы была создана рекомбинантная инбредная популяция от скрещивания «безостой» (BTx623) и «остовой» (Takakibi NOG) разновидностей сорго. С помощью секвенирования нового поколения учёные построили высокоплотную генетическую карту этой популяции, провели анализ локусов количественных признаков (QTL) и полногеномный ассоциативный анализ (GWAS), чтобы найти ген, контролирующий развитие остей. Также они ввели предполагаемый ген-супрессор в остовый сорт риса, чтобы проверить его функцию у другого злака.
Исследователи обнаружили, что примерно у половины популяции ости не развивались, как у безостой родительской формы. Ответственным за отсутствие и укорочение остей оказался единственный локус на хромосоме. Соответствующий ген назвали DOMINANT AWN INHIBITOR (DAI).
Выяснилось, что DAI кодирует белок из семейства ALOG, который действует как транскрипционный фактор, негативно регулирующий формирование остей. При введении DAI в остовый сорт риса образование остей также подавлялось. Профессор Сакамото отмечает: «Удивительно, что DAI подавляет удлинение остей и у риса, поскольку подобные гены у риса не описаны. Это означает, что устранение остей у злаков происходило разными путями, но механизм может быть общим».
Таким образом, исследование установило ключевую роль гена DAI в развитии современных безостых сортов сорго и указало на существование общего механизма подавления остей, несмотря на видовые различия. В перспективе необходимо изучить транскрипционную регуляцию DAI и его связь с одомашниванием сорго. По словам профессора Сакамото, «понимание генетических признаков, влияющих на злаки, в долгосрочной перспективе поможет создавать новые сорта».