Строительство початка кукурузы: клетка за клеткой, ген за геном

Кукуруза не всегда была сладким и сочным лакомством, каким мы её знаем сегодня. И без адаптации к быстрым климатическим изменениям она рискует потерять статус пищевого продукта первой необходимости. Сборка растения — это генетическая головоломка, в которой сотни генов работают вместе по мере роста.

Профессор Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) Дэвид Джексон совместно с адъюнкт-профессором Джесси Гиллисом изучил гены, участвующие в развитии кукурузы. Их команды проанализировали тысячи отдельных клеток, из которых состоит развивающийся початок. Они создали первую анатомическую карту, показывающую, где и когда важные гены включаются и выключаются на ключевых этапах развития. Эта карта — важный инструмент для выращивания лучших культур.

Люди тысячелетиями занимались селекцией кукурузы, чтобы сделать её более полезной. Джексон отмечает, что 10 000 лет назад кукурузы не существовало, а был дикий злак теосинте, который давал лишь около 10 семян в очень маленьких початках с низкой питательной ценностью и настолько твёрдыми, что могли сломать зубы.

Секрет большего количества и размера зёрен скрыт в молодых початках длиной 1–10 мм. Учёные применили технику, позволившую отследить каждую клетку, присвоив ей генетический идентификатор — штрихкод. Ведущий автор исследования Сяоса Сюй сравнивает это со строительством здания: технология single-cell RNA-seq позволяет определить «идентичность каждого блока» — кухни или спальни.

Учёные взяли растения на ранних стадиях развития, разделили их на отдельные клетки, проштрихкодировали их и определили, какие гены активны в каждой. Раньше не было возможности разделить клетки и получить специфичную для каждой генетическую информацию — в этом и заключается новизна и важность метода. Затем они реконструировали анатомическую карту, чтобы точно определить, где используются гены, важные для развития кукурузы.

Культурные растения продолжают эволюционировать. Джексон надеется, что новая техника поможет генетикам растений в их усилиях по устойчивому повышению урожайности и созданию новых видов кукурузы для заполнения новых экологических ниш.