Расшифрован молекулярный механизм гетерозиса у кукурузы

Гибридные растения обеспечивают гораздо более высокую урожайность, чем их гомозиготные родители. Этот эффект, называемый гетерозисом, используется в растениеводстве более 100 лет, но его молекулярные причины оставались загадкой. Исследователи из Университета Бонна и их коллеги из Тюбингена и США расшифровали один из возможных механизмов в корнях кукурузы. Оказалось, что у гибридных растений активны на несколько сотен генов больше, чем у их гомозиготных родителей. Результаты опубликованы в журнале Genome Research.

Эффект и загадка

Гетерозис может удваивать урожайность зерновых, таких как кукуруза или рожь. "Гетерозиготные гибриды значительно более жизнеспособны, чем гомозиготные сорта", — говорит профессор д-р Франк Хоххольдингер. Несмотря на столетнюю известность эффекта, его молекулярная причина была неизвестна. Новые данные на молекулярном уровне подтверждают модель комплементации, выдвинутую в 1917 году, согласно которой полезные наследственные признаки от обеих родительских линий компенсируют вредные или отсутствующие признаки у гибридного растения.

Сравнение активности генов

Учёные сравнили активность генов в корнях молодых гомозиготных и гибридных растений кукурузы, анализируя транскрипты — "отпечатки пальцев" активности генов. С помощью высокопроизводительного секвенирования в Институте биологии развития Макса Планка в Тюбингене были идентифицированы транскрипты. "Из 39 656 известных генов кукурузы около 90% были активны у изученных растений", — сообщает д-р Аня Пашхольд.

Ключевое открытие

Было обнаружено, что у гибридов активны на несколько сотен генов больше по сравнению с гомозиготными родительскими линиями. Хотя от родителей наследуется одинаковое количество генов, их активность может различаться. У гибридов эти разные профили активности комбинируются.

"По сравнению с примерно 34 000 активных генов, число в 350–750 генов, дополнительно активируемых у гибридов, относительно невелико, — говорит профессор Хоххольдингер. — И всё же небольшой генетический вклад каждого из этих генов может значительно увеличить рост и жизнеспособность гибридов".

Практическая польза

Полученные данные могут иметь практическое применение для селекционеров. В настоящее время для поиска эффективных гибридных комбинаций из тысяч сортов кукурузы требуются обширные полевые испытания. "Наши результаты могут привести к предварительному отбору, который сократит усилия и расходы селекционеров", — отмечает профессор.