Генетики открыли атипичные гены, контролирующие несколько ценных признаков сои

Команда под руководством генетика сои из Университета Пердью Цзяньсиня Ма разработала новый биотехнологический инструмент для доместикации желаемых признаков из дикой сои, таких как устойчивость к цикадкам. Использование таких инструментов, называемых de novo доместикацией, облегчает учёным создание улучшенных культур из дикой сои.

"Доместикация специальной культуры из её дикого предшественника раньше занимала у древних фермеров тысячи лет. Теперь у нас это может занять всего несколько лет", — сказал Ма. Используя родственные дикой сое виды, учёные могут применять методы редактирования генов для модификации, создавая новые сорта, более пригодные для сельскохозяйственного производства.

Это стало возможным благодаря открытию двух генов длинных некодирующих РНК (lncRNA) с необычным свойством. Гены разделяют один генетический локус — они расположены бок о бок на одной хромосоме. Но эти гены контролируют несколько признаков, в то время как обычно один ген контролирует один признак.

Ма и 12 соавторов из Пердью и других учреждений США и Китая сообщили о своих результатах в Nature Genetics. Исследование идентифицирует первые гены длинных некодирующих РНК у любого одомашненного вида растений или животных, на которые можно нацелить человеческий отбор.

Соавтор Блейк Майерс из Калифорнийского университета в Дэвисе отметил, как работа объединила разные подходы и открытия, связанные с lncRNA.

"Использование более традиционного подхода к картированию агрономических признаков у сои привело к открытию единой общей молекулярной основы. Признаки разнообразны и включают размер листьев и стебля, а также устойчивость к насекомым", — сказал Майерс.

"Оказывается, эти признаки регулируются необычным образом генами, которые, в отличие от большинства, не производят белок, а вместо этого производят длинные некодирующие РНК. Лаборатория Цзяньсиня проделала прекрасную работу по характеристике регуляторного механизма и этапов, которые привели к эволюционному возникновению этого уникального генетического локуса", — добавил он.

Соавтор Рэндалл Нельсон, почётный профессор селекции сои в Университете Иллинойса, отметил синергизм между исследовательскими программами, который дал результаты, вряд ли достижимые по отдельности.

"Эти результаты не только способствуют нашему пониманию альтернативных режимов генетического контроля, но и дополняют наше понимание доместикации. В будущем эти результаты помогут в процессе использования неиспользованного генетического разнообразия дикой сои", — сказал он.

Древние фермеры одомашнили широко производимый современный сорт сои — Glycine max — из дикого вида Glycine soja столетия назад. Недавно открытые гены lncRNA высоко экспрессируются в дикой сое.

"Высокая экспрессия означает, что они могут производить больше копий матричной РНК со специфическими структурами для производства большего количества малых РНК, которые ингибируют экспрессию нескольких белковых генов, лежащих в основе этих связанных с доместикацией признаков. Но эти два гена слабо экспрессируются в культивируемой сое", — пояснил Ма. "Они функциональны в дикой сое, но не в культивируемой из-за естественной мутации".

Дикая соя имеет крошечные семена, цветы и листья. В культивируемой сое всё крупнее. Опушённая форма культивируемой сои также имеет более длинные стебли и листья, что обеспечивает устойчивость к насекомым-вредителям, таким как цикадки.

В процессе доместикации снижается генетическое разнообразие — основа современной селекции. Современная одомашненная соя страдает от этого, что придаёт новую актуальность пониманию более широкого генетического разнообразия диких видов.

Зная гены, ответственные за различные признаки, генетики сои могут использовать молекулярные методы для их интеграции в новые одомашненные сорта. Технология редактирования генов усиливает их способность переводить фундаментальные исследования в разработку новых сортов сои с улучшенным составом семян, питательными свойствами, содержанием масла, белка и незаменимых аминокислот.

"Мы считаем нашу команду искателями генов, чтобы найти генетические вариации для выведения лучшей сои для фермеров в Индиане и по всей стране", — сказал Ма. "Собранные знания сделали de novo доместикацию дикой сои и её родственников осуществимой".