Гены, определяющие архитектуру кукурузы, открывают цели для селекции

Физическая структура растений кукурузы — включая угол отхождения листьев от стебля и количество веточек метёлки с пыльцой — сильно влияет на урожайность. Компактные растения можно сажать плотнее, что даёт больше початков с акра. Но компактная кукуруза появилась не случайно — это результат многолетней гибридной селекции. Теперь два новых геномных исследования позволяют точно настраивать архитектуру кукурузы под будущие задачи.

Исследования, недавно опубликованные в Nature Communications и Genetics, выявили гены и геномные маркеры, предсказывающие угол листа и число веточек метёлки у кукурузы. Работа учёных из Центра наук о растениях имени Дональда Данфорта и Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне сосредоточена на факторах, контролирующих плейотропию — явление, когда один ген влияет на несколько признаков.

Плейотропия создаёт проблему для улучшения сельхозкультур, так как отбор по одному полезному признаку может негативно повлиять на другой. Однако исследователи использовали несколько подходов, чтобы выявить вариации в генных сетях (транскрипционных факторах), контролирующих плейотропию. Использование этой вариации означает, что, возможно, удастся развязать плейотропные признаки, такие как угол листа и число веточек метёлки, что открывает новый путь для тонкой настройки архитектуры растений.

«Есть определённые гены кукурузы, нарушение работы которых сильно влияет как на морфологию листа, так и на метёлку. Разобравшись, как именно регулируются эти гены в ранних программах развития, формирующих разные органы растения, мы можем получить гибкость в селекции и оптимизировать ключевые признаки независимо», — пояснила Андреа Ивленд, соавтор обеих статей.

Исследование в Genetics адаптировало подход геномного предсказания для оценки вклада конкретных генных сетей в формирование угла листа и числа веточек метёлки. Используя специфическую геномную информацию кукурузы, учёные также смогли оценить важность схожих генных сетей у родственных видов — сорго и риса. Этот подход, особенно в сочетании с высокопроизводительным и высокоточным фенотипированием в полевых условиях, может стать прорывом для селекционеров.

«Мы, по сути, "сколхозили" геномное предсказание, чтобы оно рассказало нам о вкладе этих конкретных генных сетей. Одно из самых захватывающих открытий — свидетельство того, что сходные классы транскрипционных факторов могут точно предсказывать угол листа как у кукурузы, так и у сорго», — отметил Алекс Липка, соавтор исследований.

Идентификация конкретных генов и транскрипционных факторов, участвующих в ключевых архитектурных признаках кукурузы, может открыть перспективные пути для целенаправленной селекции и привести к ещё большей продуктивности в будущем. Эти работы стали важной вехой в совместных исследованиях генетиков развития, вычислительных биологов и статистиков.