Растения риса, которые растут как клоны из семян
Биологи растений из Калифорнийского университета в Дэвисе открыли способ заставить сельскохозяйственные растения размножаться семенами как клоны. Это открытие, долгое время бывшее целью селекционеров и генетиков, может упростить размножение высокоурожайных, устойчивых к болезням или климату культур и сделать их доступными для фермеров по всему миру.
Исследование опубликовано 12 декабря в журнале Nature.
С 1920-х годов многие культуры выращивают из гибридных семян, полученных скрещиванием двух сортов. Такие гибриды могут обладать превосходными качествами, например, урожайностью или устойчивостью к вредителям. Но семена гибридных культур не дают растений с теми же свойствами.
Способность производить клон, точную копию растения из его семян, стала бы прорывом для мирового сельского хозяйства. Вместо ежегодной покупки дорогих гибридных семян, что часто не по карману фермерам в развивающихся странах, они могли бы пересаживать семена от собственных гибридных растений и получать выгоду от высоких урожаев год за годом.
Около 400 видов диких растений могут производить жизнеспособные семена без оплодотворения. Этот процесс, называемый апомиксисом, по-видимому, развивался у растений много раз — но не у коммерческих сельскохозяйственных видов.
Открытие, сделанное постдокторантом Имтиязом Хандаем и профессором биологии растений Венкатесаном Сундаресаном из UC Davis, а также их коллегами из UC Davis, Университета штата Айова и INRA (Франция), является важным шагом вперед.
«Это очень желаемая цель, которая может изменить сельское хозяйство», — сказал Сундаресан.
Ген «Беби-бума» — ключ к успеху
Хандай и Сундаресан обнаружили, что ген риса BBM1, принадлежащий к семейству растительных генов «Baby Boom» или BBM, экспрессируется в сперматозоидах, но не в яйцеклетках. После оплодотворения BBM1 экспрессируется в оплодотворенной клетке, но — по крайней мере, изначально — эта экспрессия происходит от мужского вклада в геном.
Исследователи предположили, что BBM1 включает способность оплодотворенной яйцеклетки формировать зародыш.
Ученые сначала использовали редактирование генов, чтобы лишить растения способности проходить мейоз, в результате чего яйцеклетки формировались путем митоза, наследуя полный набор хромосом от матери.
Затем они заставили эти яйцеклетки экспрессировать BBM1, чего они обычно не делают без оплодотворения.
«Таким образом, у нас есть диплоидная яйцеклетка со способностью образовывать зародыш, и она вырастает в клональное семя», — пояснил Сундаресан.
Пока эффективность процесса составляет около 30%, но исследователи надеются повысить ее в ходе дальнейших изысканий. Этот подход должен работать и на других зерновых культурах, имеющих эквивалентные гены BBM1, а также на других сельскохозяйственных растениях, отметил Сундаресан.