Прорыв в селекции гибридного риса: метод женской стерильности повышает эффективность
Исследование под руководством Университета Баптистов в Гонконге (HKBU) с использованием новаторской техники женской стерильности привело к прорыву в производстве гибридных семян риса. По сравнению с широко применяемой техникой "трехлинейной" мужской стерильности, новый подход повышает эффективность производства, исключая семена, образующиеся в результате самоопыления "восстанавливающей линии" (restorer line).
Эта техника позволяет проводить полностью автоматизированный машинный сбор гибридных семян, что может существенно снизить затраты. Результаты опубликованы в Cell Research.
Проблема высокой стоимости сбора при мужской стерильности
Обычно рис размножается самоопылением. Для производства гибридных семян (использующих эффект гетерозиса) применяется техника мужской стерильности:
- "Мужско-стерильная линия" (male-sterile line) — не производит жизнеспособную пыльцу, выступает как реципиент.
- "Восстанавливающая линия" (restorer line) — имеет нормальную фертильность, выступает как донор пыльцы.
Однако "восстанавливающая линия" также способна к самоопылению. Её семена необходимо вручную удалять перед машинной уборкой, чтобы не смешать с гибридными, что приводит к высоким затратам.
Идеальным решением была бы стерильная женская рисовая линия в качестве "восстанавливающей", но такие растения в природе крайне редки и не могут самовоспроизводиться.
Мутация TFS1 демонстрирует женскую стерильность
Команда профессора Чжан Цзяньхуа (HKBU) идентифицировала мутацию гена "spontaneous thermo-sensitive female sterility 1" (TFS1) в элитном сорте риса. Эта мутация проявляет:
- Женскую стерильность при регулярных или высоких температурах (выше 25°C).
- Частичное восстановление фертильности при низких температурах (около 23°C).
Растения с мутацией TFS1 производят здоровую пыльцу (мужская фертильность в норме), но при высокой температуре пыльцевые трубки не могут проникнуть в зародышевый мешок, что препятствует оплодотворению.
Генетический анализ показал, что мутация стерильности вызвана точковой мутацией в регионе гена Argonaute7 (AGO7). Белок AGO7 входит в комплекс Argonaute (AGO), ответственный за производство малых интерферирующих РНК (tasiR-ARFs). Сбой в регуляции этих tasiR-ARFs при высокой температуре у мутантов TFS1 блокирует вход пыльцевой трубки.
Исключена необходимость удаления "восстанавливающих линий"
Для оценки потенциала TFS1 как генетического инструмента были проведены полевые испытания в Гонконге и провинции Хунань.
- Мутация TFS1 была введена в три сорта риса (созданы "восстанавливающие линии" с термочувствительной женской стерильностью).
- Три сорта с мужской стерильностью использовались как "мужско-стерильные линии".
При совместной посадке (рядом или вперемешку) 30-40% метёлок "мужско-стерильных линий" дали гибридные семена. Урожайность сопоставима с существующими методами, но гибридные семена можно убирать машинами без предварительного удаления "восстанавливающих линий".
Большой коммерческий потенциал
Профессор Чжан отметил: "Женская стерильность, введённая в 'восстанавливающую линию' как чистого донора пыльцы, имеет большой потенциал для снижения затрат. Родительские линии гибридного риса можно выращивать и собирать вместе машинами, не беспокоясь о чистоте семян. Наши результаты предоставляют подходящий признак для полностью механизированной селекции". Для максимизации урожайности необходимы дальнейшие масштабные полевые испытания.