Расшифровка генов выявила различия между дикими и культурными растениями
Из-за изменения климата и учащения экстремальных погодных явлений урожайность важных культур, таких как кукуруза, рис и соя, к концу века может снизиться на 12–20%. Чтобы подготовиться к этому, учёные ищут способы повысить урожайность и вывести более устойчивые сорта.
Новое исследование генетического состава диких родственников обычных культур показывает, как одомашнивание изменило их свойства, и предлагает новый метод культивирования для повышения генетического разнообразия. Работа опубликована в журнале Life.
«Хотя культурные виды были выведены из диких, последующее сокращение генетического разнообразия может сделать растения уязвимыми к болезням и стрессам», — пояснил профессор Хидэмаса Боно из Университета Хиросимы.
Исследователи использовали данные RNA sequencing из публичных баз данных, включая NCBI Gene Expression Omnibus, сосредоточившись на томатах, рисе и сое. Экспрессию генов диких разновидностей сравнили с культурными, классифицировав все гены на три группы: upregulated, unchanged и downregulated.
Дикие родственники обладают высокой устойчивостью к стрессам окружающей среды, что потенциально может помочь в адаптации к изменению климата.
Было обнаружено:
- 18 генов с повышенной экспрессией у диких видов.
- 36 генов с повышенной экспрессией у культурных видов.
У диких видов активны гены, связанные с реакцией на экологический стресс. Например:
- HKT1 — влияет на солеустойчивость.
- RD22 — помогает при засухе.
- HB-12 — реагирует на водный стресс.
- MYB102 — участвует в реакции на осмотический стресс и сигнализацию повреждений.
У культурных растений активны гены, связанные с регуляцией гормонов, а также экспортом и детоксикацией химических соединений. Например:
- ALF5 — повышает устойчивость к тетраметиламмонию.
- DTX1 — управляет детоксикацией кадмия и других токсичных соединений.
Исследователи полагают, что эти черты могли стать полезными из-за возросшего использования пестицидов и химических удобрений.
«Высокий уровень экспрессии генов, способствующих устойчивости к стрессам, который наблюдается у трёх неродственных видов — риса, томата и сои, — позволяет предположить, что дикие родственники других культур, вероятно, также обладают полезными признаками», — отметил профессор Боно.
В будущем учёные планируют углубить понимание этих различий для улучшения селекции и создать базу данных для продвижения цифровой селекции (digital breeding) сельскохозяйственных культур.