Сравнение генов для понимания одомашнивания кукурузы

Учёные из Университета штата Айова учатся заглядывать сквозь тысячелетия одомашнивания, чтобы понять, как дикое травянистое растение теосинте превратилось в кукурузу — современную товарную культуру, выращиваемую по всему миру. Исследование позволяет сравнивать гены кукурузы с её диким предком, что может помочь селекционерам выявить полезные признаки, которые, возможно, были утрачены у теосинте за столетия.

Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Plant Science. В работе детально описан новый биотехнологический инструмент, использующий передовые методы для получения фертильных трансгенных растений теосинте впервые.

Одомашнивание теосинте, дикой травы родом из Мексики, началось около 10 000 лет назад. Каждое растение теосинте даёт всего до дюжины зёрен, которые твёрдые и менее питательны, чем у современной кукурузы. Люди отбирали растения с более высокой урожайностью, постепенно создавая новые сорта с уникальными признаками.

Однако часть исходного генетического материала теосинте была утрачена. Его идентификация может помочь в селекции лучшей кукурузы сегодня или, по крайней мере, подсказать учёным, как лучше использовать генетическое разнообразие кукурузы, — отмечает аспирант Джейкоб Зобрист, первый автор исследования.

«Мы не знаем, чего мы не знаем об этих признаках предка. Мы надеемся выявить у дикого предка черты, полезные для современной кукурузы. Это может быть устойчивость к болезням и стрессам, питательная ценность, а также, возможно, улучшение сроков роста и цветения».

В новом исследовании детально описано, как учёные разработали эффективный протокол индукции и регенерации каллуса с использованием сегментов мутовок проростков, полученных из зрелых семян. Это означает, что исследователи смогли получить каллусную ткань, подобную стволовым клеткам — недифференцированным клеткам, ещё не развившимся в специализированные.

Эти недифференцированные клетки каллуса пригодны для введения новой ДНК с помощью трансгенных технологий. Используя такие методы редактирования генов, как CRISPR, исследователи теперь могут нацеливаться на конкретные гены теосинте и «выключать» их, получая новый уровень понимания того, как дикое растение было одомашнено в глобальную сельскохозяйственную культуру.

Новый биотехнологический инструмент расширяет понимание

Это немного похоже на путешествие во времени, чтобы увидеть, какие признаки отбирали древние селекционеры, — говорит профессор Кан Ван, корреспондирующий автор статьи. Её лаборатория начала изучать теосинте в 2010 году, и новая публикация представляет собой значительный шаг вперёд в понимании теосинте и происхождения современной кукурузы.

«Это откроет много возможностей для тех, кто заинтересован как в фундаментальных, так и в прикладных сельскохозяйственных исследованиях».

Ван отметила вклад Зобриста, сделавший исследование успешным. Его задачей было сделать трансформацию воспроизводимой, оптимизировав питательную среду для выращивания растений теосинте. Зобрист разработал новый режим культуры тканей, включающий растительные гормоны в среду роста.

«Мы разработали инструмент, без которого очень сложно понять теосинте. Одним из главных исполнителей, сделавших это возможным, был Джейкоб. Он проделал ключевую работу».

«Мне повезло быть аспирантом в то время, когда исследования и технологии редактирования генома развиваются такими темпами, что позволили мне собрать все элементы в функциональный и воспроизводимый метод трансформации», — сказал Зобрист.