Ресурсы мульти-омики для селекции пигментированного риса

Пигментированный рис (черный, коричневый, красный) значительно питательнее белого и может стать важным ресурсом для улучшения здоровья и борьбы с недоеданием. Однако для его широкого принятия фермерами необходимы улучшенные урожайность и агрономические признаки.

Международная группа под руководством Магди Махфуза и Халида Седика из KAUST показала, что в черный рис можно внедрить желаемые признаки: уменьшение длины стебля и более раннее созревание.

Исследование опубликовано в журнале Nature Food.

Геномика и отбор сортов

Первый шаг — сбор полной геномной информации. Несмотря на секвенирование геномов нескольких сортов риса japonica и indica, полные последовательности доступны лишь для немногих пигментированных сортов.

Ученые выбрали для полного геномного секвенирования три черных и два красных сорта. Для выявления дополнительной генетической вариации они секвенировали еще 46 сортов.

Анализ питательных веществ

Следующим шагом стал скрининг 63 сортов черного, красного и коричневого риса для выявления наиболее питательных кандидатов для улучшения. Черный рис показал наилучшее содержание питательных веществ по широкому спектру соединений: углеводы, аминокислоты, вторичные метаболиты, липиды, пептиды и витамины.

Пигментированный рис (особенно черный) также богат необходимыми микроэлементами: железо, цинк, медь, марганец и селен. В частности, черный индонезийский рис Cempo Ireng (самый богатый железом и цинком среди черных генотипов) мог бы покрывать суточную потребность в этих элементах.

На основе профилей питательных веществ и ионов металлов были идентифицированы несколько наиболее богатых нутриентами сортов с высоким уровнем антиоксидантов.

Генная инженерия целевого сорта

Одним из таких сортов стал Cempo Ireng. Несмотря на его устойчивость к вредителям и болезням, фермеры неохотно его культивируют из-за длинного стебля и пятимесячного жизненного цикла.

Седек разработал систему регенерации и трансформации для Cempo Ireng, а затем использовал CRISPR/Cas9 для нокаута трех репрессоров времени цветения. В результате был получен сорт с более коротким стеблем и ранним созреванием.

Перспективы и дальнейшие планы

Улучшенные агрономические признаки могут сделать пигментированные сорта риса более пригодными для культивации. Однако требуется дополнительная работа, чтобы определить, могут ли эти инженерные признаки сочетаться с другими важными свойствами, например, урожайностью.

Тем не менее, это исследование предоставляет важные ресурсы для биоинженеров и селекционеров для дальнейшего улучшения пигментированного риса.

Следующий план команды Махфуза — улучшение местного красного сорта Хассави, имеющего культурное и экономическое значение для Саудовской Аравии. С помощью CRISPR технологий группа aims повысить продуктивность и другие ключевые признаки риса Хассави для удовлетворения спроса местного рынка.