Европейская и американская кукуруза: похожи, но различны

Немецкие исследователи расшифровали геном европейской кукурузы. В сравнении с североамериканскими линиями они обнаружили вариации, лежащие в основе фенотипических различий и потенциально влияющие на эффект гетерозиса. Лучшее понимание этого эффекта может повлиять на селекцию для повышения урожайности. Эти наблюдения особенно важны для выращивания кукурузы в регионах с низкой урожайностью и в условиях изменения климата.

Геном европейской кукурузы расшифрован впервые

Исследователи проанализировали четыре различные европейские линии кукурузы с помощью современных технологий секвенирования и биоинформатических подходов. В сравнении с двумя линиями из Северной Америки были обнаружены значительные различия в генетическом содержании и структуре генома — всего за несколько сотен или тысяч лет генетического разделения.

Кроме того, так называемые «ноб»-регионы (конденсированные участки хроматина в ДНК кукурузы) существенно различаются у этих линий. Эти регионы влияют на активность соседних генов. В областях, где «нобы» более выражены, окружающие гены не могут быть считаны, что приводит к потере генетической функции.

Потенциальная причина гетерозиса

«Мы предполагаем, что различия в содержании генов, их регуляции и влияние «ноб»-регионов могут быть причиной эффекта гетерозиса», — говорит профессор Клаус Майер, геномик из Центра Гельмгольца в Мюнхене.

Гетерозис проявляется, когда потомство от скрещивания значительно крупнее и дает более высокий урожай, чем родительские формы. Если определенные гены родительского поколения (например, определяющие высоту растения) отсутствуют в регионе или не могут быть считаны, это влияет и на потомство. При скрещивании с растением, содержащим необходимый генетический фактор, дефект компенсируется в следующем поколении.

«Это приводит к появлению более крупных растений с высокой урожайностью, хотя у родителей этих характеристик не было. В некоторых скрещиваниях этот эффект может даже удвоить урожай. Хотя он давно используется в селекции, генетическая и молекулярная основа гетерозиса до конца не понята», — говорит профессор Крис-Каролин Шён, профессор селекции растений в TUM.

«Следующим шагом мы проверим нашу гипотезу. Для этого мы проанализируем не только геномы разных линий кукурузы, но и сосредоточимся на потенциальных эпигенетических процессах, которые могут влиять на функциональность конкретных генов», — добавляет Клаус Майер.

Если гипотеза подтвердится, гетерозис можно будет применять в селекции кукурузы еще эффективнее. Это может принести пользу регионам с низкой урожайностью и стать крайне актуальным в условиях роста населения мира и климатических изменений, создающих всё больше проблем для сельскохозяйственного производства.

Исследование опубликовано в Nature Genetics.