Конститутивное подавление аллелей liguleless у сорго повышает продуктивность и эффективность использования воды

Архитектура растения влияет на микросреду в пологе посева. Растения с более прямостоячей архитектурой листьев пропускают больше света к нижним листьям полога.

На угол листа у злаков влияет анатомическая особенность — сочленение влагалища и пластинки листа, несущее язычок (лигулу) и ушки. Мутанты по генам liguleless SbLG1 и SbLG2 не имеют лигулы и ушек, а также сочленения в этом месте, что приводит к почти вертикальному положению листьев. В идеале листья должны быть более вертикальными, но чрезмерный наклон вредит перехвату света.

В данном исследовании был выбран другой подход: подавление экспрессии генов liguleless для получения менее выраженного фенотипа. Растения с таким подавлением были испытаны в полевых условиях для проверки гипотезы о том, что в одном генетическом фоне это приведет к значительному увеличению проникновения света в полог, фотосинтеза, биомассы и урожайности зерна без увеличения расхода воды.

В бинарный вектор был встроен hair-pin элемент и введен в сорго зернового генотипа RTx430 для создания линии с уменьшенным углом листьев. Полученные трансгенные события, несущие этот элемент, были охарактеризованы на молекулярном и фенотипическом уровне в теплице. Три ведущих независимых события с прямостоячим углом листьев были отобраны для полевых испытаний на делянках в четыре ряда в течение двух сезонов.

Трансгенные растения с hair-pin элементом не образовывали лигулы и демонстрировали уменьшенный угол листьев относительно вертикали, но менее выраженный, чем у полных мутантов. В полевых условиях делянки с этими событиями показали увеличение фотосинтеза на нижних ярусах полога, повышение биомассы побегов и урожайности семян без увеличения расхода воды.

Опубликованное в Plant Biotechnology Journal, это исследование предоставило доказательство концепции ценности биоинженерии угла листа сорго для повышения фотосинтетического поглощения углерода, продуктивности биомассы и урожайности без большего извлечения почвенной воды. Эти результаты — важный шаг в цикле «дизайн-создание-тестирование-анализ» на пути к созданию идеотипа «умного полога» сорго, демонстрируя, что контролируемое увеличение угла листовой пластинки может устойчиво повышать урожайность как зерна, так и биомассы для биоэкономики.