Ген OsMATL2 как кандидат для индукции гаплоидов у риса
Традиционная селекция сельскохозяйственных культур требует много времени для создания инбредных линий с желаемыми признаками из-за диплоидной природы растений. Технология двойных гаплоидов использует растения-индукторы гаплоидии, созданные с помощью редактирования генов, для получения культур с двумя наборами хромосом от одного родителя, что ускоряет селекцию до одного поколения.
Исследования выявили роль специфических генов в запуске гаплоидной индукции. В частности, ген ZmMATL был идентифицирован как пыльцеспецифичная фосфолипаза у кукурузы. Мутация гена OsMATL у риса показала консервативность этого механизма, но частота индукции гаплоидов (HIR) составила лишь ~6%, что ниже необходимого для практики.
В новом исследовании, опубликованном в Plant Physiology, группа под руководством доктора Ю-Джин Ким из Университета Пусан идентифицировала потенциальный гаплоид-индуцирующий ген OsMATL2 у японского риса (Oryza sativa japonica).
С помощью репортерных генов GUS, антител с зеленым флуоресцентным белком и ОТ-ПЦР в реальном времени ученые установили, что белок OsMATL2 (фосфолипаза) высоко экспрессируется в пыльце, в основном в плазматической мембране клеток.
Для оценки роли гена OsMATL2 с помощью системы CRISPR/Cas9 были созданы нокаутные мутанты (sgOsMATL2). Диплоидные мутантные растения не имели вегетативных дефектов, но давали примерно на 20% меньше семян. Гаплоидные растения sgOsMATL2 были меньшего размера и полностью мужски стерильны из-за нарушений развития пыльцы.
Проточная цитометрия и флуоресцентная микроскопия подтвердили, что у гаплоидных растений sgOsMATL2 количество хромосом вдвое меньше, чем у нормальных. Средняя HIR у этих растений составила 6.34%, что немного выше, чем при мутации OsMATL.
"Традиционная селекция требует множества поколений самоопыления. Растения с отредактированным геном OsMATL2 можно использовать как индуктор гаплоидии для получения идеально инбредных линий риса за одно поколение", — говорит доктор Ким.
Исследование показало существование нового гена, индуцирующего гаплоидию у риса. Поскольку гены OsMATL и OsMATL2 по отдельности дают HIR около 6%, возможно, их функциональная избыточность позволит, мутируя оба гена, добиться более высокой частоты. Это открытие может революционизировать выращивание риса.
"Для борьбы с изменением климата, абиотическим стрессом и вирусными угрозами требуется ускоренная селекция. Выявление большего числа гаплоид-индуцирующих генов и понимание их механизмов во время двойного оплодотворения у растений может сократить время и усилия, необходимые для эффективной селекции", — заключает доктор Ким.