Мутация, вызывающая позднее цветение ячменя, обнаружена
Международная исследовательская группа под руководством Института генетики растений и исследований культурных растений им. Лейбница (IPK) обнаружила генную мутацию (PPD-H1), которая вызывает более позднее цветение ячменя в регионах с длинными весенними днями. Это в конечном итоге позволяет получать более высокие урожаи.
Учёные проанализировали для своего исследования обширные коллекции дикого и одомашненного ячменя и также смогли показать, что мутация возникла у одомашненного ячменя только после его первоначального возделывания в южной части Леванта. Это опровергает более ранние предположения о её месте происхождения. Результаты опубликованы в журнале Theoretical and Applied Genetics.
Ход исследования
Для исследования команда изучила коллекцию из более чем 2000 растений ячменя (Hordeum vulgare), включающую 940 диких и 1110 одомашненных сортов. Генетический анализ был сосредоточен на области вокруг гена PPD-H1. Учёные секвенировали этот регион, подозревая наличие небольших, но значимых изменений генетического материала растения — однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), ответственных за задержку цветения.
Параллельно в полевых испытаниях на различных локациях измерялось время цветения растений (количество дней до колошения) и проводились полногеномные ассоциативные исследования для идентификации генов, влияющих на срок цветения.
Дополнительно была проведена углублённая оценка 41 отобранного генотипа в контролируемых условиях при длинном и коротком дне. Это позволило определить фенотипический ответ на длину дня. Также был исследован 6000-летний образец ячменя из пещеры Йорам в Израиле для идентификации самых ранних форм аллеля PPD-H1. Сравнив все данные с климатическими характеристиками мест сбора, учёные смогли проследить происхождение и распространение гена.
Ключевая мутация и её происхождение
Генетическим изменением, обеспечивающим позднее цветение, является мутация SNP22. «Наши данные ясно показывают, что это небольшое, но ключевое генетическое изменение в гене PPD-H1 запускает задержку цветения в условиях длинного дня. Более ранние исследования приводили к разным предположениям, но теперь мы смогли их скорректировать», — объясняет первый автор исследования доктор Раджив Шарма.
Аллель PPD-H1, ответственный за позднее цветение, возник в диком ячмене, который рос и до сих пор растёт в пустынных регионах южного Леванта — вдоль восточного побережья Средиземного моря и прилегающих территорий.
«Этот важный признак появился только после первоначального одомашнивания ячменя, что удивительно, — говорит доктор Керстин Нойман, руководитель исследовательской группы автоматизированного фенотипирования растений в IPK. — Это не была черта, которую культурный ячмень имел изначально, а более поздняя адаптация, позволившая ему распространиться в Европу».
Все современные позднецветущие сорта ячменя можно проследить до общего предка — гаплотипа H10. Этот исходный гаплотип был обнаружен у 16 сортов дикого ячменя, в основном в Израиле. Под давлением отбора эти разновидности размножились и быстро распространились по мере продвижения в Северную Европу. Это позволило ячменю хорошо расти даже в более северных регионах с длинными летними днями.