Разгадана тайна стерильности пыльцы и её обратимости у голубиного гороха

Новое исследование, опубликованное в The Plant Genome, проанализировало линию с экологически-чувствительной генной мужской стерильностью (EGMS), которая демонстрирует переход фертильности в определённых условиях окружающей среды. Под переходом фертильности понимается обратимость мужской стерильности: растение со стерильной пыльцой становится фертильным и наоборот.

Лучшее понимание линии EGMS позволит использовать её вместе с любой элитной линией для производства гибридных семян. Такая система популярна в рисе, где двухлинейные гибриды занимают около 30% всех площадей под гибридным рисом и дают на 5-10% более высокий урожай, чем трёхлинейные гибриды. Данное исследование раскрыло уникальный феномен перехода фертильность-стерильность на молекулярном уровне с помощью системной биологии.

Голубиный горох — ключевая продовольственная культура, устойчивая к засухе и крайне важная для мелких фермеров в Индии и развивающихся странах. Ранее ICRISAT с партнёрами разработала для него трёхлинейную систему гибридной селекции на основе цитоплазматической мужской стерильности (CMS). Эти гибриды показали преимущество в урожайности до 30-40% по сравнению с популярными сортами. Однако текущая система требует трёх линий (A — цитоплазматически стерильная, R — восстанавливающая фертильность, B — поддерживающая стерильность), технически сложна и ресурсоёмка. Чтобы упростить её, CEGSB несколько лет сотрудничает с VIME для изучения подходящей линии EGMS.

Ключевые выводы исследования:

• Исследование, сочетавшее транскриптомику, протеомику, метаболомику и вычислительную геномику, выявило, что транскрипционный фактор REVEILLE1 регулирует уровни ауксина, что объясняет переход фертильности в ответ на дневную температуру (особенно в утренние часы).
• Нарушенные уровни ауксина вызывают утолщение стенки пыльцы, что препятствует поглощению питательных веществ, ведёт к «голоданию» пыльцевого зерна и последующей стерильности.

Практическое значение:

• Конкретные дневные температуры можно использовать для производства гибридных семян (условия стерильности) и размножения самой термочувствительной мужской стерильной (TGMS) линии (условия фертильности). Критические температурные колебания можно отслеживать.
• Внешнее применение ауксина может помочь в размножении мужской стерильной линии при неблагоприятных условиях (например, высокой дневной температуре).
• В тропических регионах TGMS считается более подходящей для двухлинейной гибридной селекции, чем фото-чувствительная стерильность, из-за незначительной разницы в фотопериоде.
• Идентифицированная в исследовании линия TGMS выглядит многообещающей для разработки успешной методологии производства гибридных семян и создания двухлинейных гибридов голубиного гороха для полузасушливых тропиков.