Мутация одного гена риса устраняет стерильность межвидовых гибридов

Учёные успешно использовали мутагенез для идентификации гена, вызывающего гибридную стерильность у риса — основного репродуктивного барьера между видами.

Это достижение поможет выяснить генетическую основу межвидовой гибридной стерильности, что важно как для понимания эволюционной биологии видообразования, так и для улучшения сельскохозяйственных культур.

Существует всего два культурных вида риса: азиатский (Oryza sativa) и африканский (O. glaberrima). Африканский вид устойчив к различным абиотическим и биотическим стрессам, например, к высокой температуре, и является ценным источником генов для селекции. Однако межвидовой репродуктивный барьер мешает использовать африканский вид в программах скрещивания с азиатским. Растения, полученные от гибридизации двух видов, дают почти ни одного семени при выращивании. Это явление известно как гибридная стерильность.

Чтобы выявить причину бесплодия, группа учёных под руководством доцента Ёхэя Коидэ и доцента Акиры Канадзавы из Университета Хоккайдо сосредоточилась на локусе гена S1, который, как известно, участвует в гибридной стерильности. Команда создала множество гибридных семян, гетерозиготных по локусу S1, которые затем подвергли облучению пучком тяжёлых ионов для индукции мутаций. Эксперименты по облучению проводились в RIKEN.

При скрининге мутантов были обнаружены растения, которые давали семена (т.е. были фертильными), несмотря на гетерозиготность по локусу S1. Последующий генетический анализ этого локуса выявил делецию в гене, кодирующем пептидазу, под названием SSP. Когда команда ввела интактный ген SSP в азиатский вид с помощью трансформации и скрестила трансформант с мутантом, гибридная стерильность восстановилась, что доказывает причинную роль SSP. Интересно, что сама по себе трансформация не вызывала стерильности, что указывает на то, что SSP необходим, но недостаточен для её проявления.

Исследование эволюционных путей гена SSP показало, что он присутствует только у африканского вида и некоторых других диких видов, но отсутствует у азиатского. Это означает, что ген был приобретён или утерян на определённых эволюционных путях и поддерживал межвидовые границы.

«Наше исследование показывает, что межвидовой репродуктивный барьер можно преодолеть, нарушив работу всего одного гена. Дальнейшие исследования могут помочь улучшить программы селекции и повысить урожайность риса для решения проблемы нехватки продовольствия», — говорит Ёхэй Коидэ.