USDA связывает поток генов между сорным и культурным рисом с ростом уровня углекислого газа

Новое исследование Министерства сельского хозяйства США (USDA) подтверждает, что растущий уровень атмосферного CO₂ облегчает поток генов от дикого или сорного риса к культурным сортам. В результате культурные растения могут приобрести нежелательные сорные характеристики, способные повлиять на будущее производство риса.

Это первое исследование, демонстрирующее, что последствия роста концентрации CO₂ включают не только влияние на поток генов между близкородственными культурными и дикими генотипами, но и то, что этот поток неодинаков в обоих направлениях. Исследование провели учёные Службы сельскохозяйственных исследований (ARS).

Команду возглавил физиолог растений ARS Лью Зиска. В неё также вошли Дэвид Джили, Марта Томечек, Аарон Джексон и Ховард Блэк.

Сорный дикий рис (часто называемый красным рисом) относится к тому же виду, что и культурный рис, и его трудно контролировать на полях. Учёные провели двухлетнее исследование в камерах роста и в поле, чтобы изучить влияние концентрации CO₂ на рост растений и обмен генетическим материалом.

Концентрации CO₂ в камерах устанавливали на уровне 300, 400 и 600 частей на миллион (ppm), что приблизительно соответствует значениям конца XIX века, текущему значению и прогнозу на конец XXI века соответственно.

При росте при 400 и 600 ppm оба типа риса давали больше побегов и цветов и были выше по сравнению с растениями при 300 ppm. Однако изменения в высоте, которые, как полагают учёные, являются важным фактором для переноса пыльцы и потока генов, были более выражены у дикого риса.

Количество цветов, произведённых диким рисом при 600 ppm, удвоилось по сравнению с растениями при 300 ppm — значительно большее увеличение, чем у культурного риса. При наибольшей концентрации CO₂ дикий рис также зацветал в среднем на 8 дней раньше, что повышало вероятность переноса пыльцы между типами.

Генетический анализ гибридных семян показал, что культурный рис передавал лишь небольшое количество генетического материала своему сорному родственнику даже при максимальной концентрации CO₂. Но сорные растения передавали относительно больше генетического материала культурным сородичам: от 0,22% при 300 ppm до 0,71% при 600 ppm.

Перенос дикого генетического материала в культурную линию приводил к появлению семян со значительными сорными характеристиками, нежелательными для производства.

Результаты исследования опубликованы в журнале PloS One.