Прорыв в селекции риса может накормить миллиарды
Международная команда добилась успеха в размножении коммерческого гибридного сорта риса как клона через семена с эффективностью 95%. Это может снизить стоимость гибридных семян риса, сделав высокоурожайные, устойчивые к болезням сорта доступными для малообеспеченных фермеров по всему миру. Работа была опубликована 27 декабря в Nature Communications.
Гибриды первого поколения сельскохозяйственных растений часто демонстрируют более высокую продуктивность, чем их родительские линии — явление, называемое гетерозисом. Но оно не сохраняется, если гибриды скрещивают между собой во втором поколении. Поэтому фермерам, желающим использовать высокопродуктивные гибридные сорта, необходимо каждый сезон закупать новые семена.
Рис, основная культура для половины населения мира, относительно дорог в гибридной селекции для прироста урожайности примерно на 10%. Это означает, что преимущества гибридов риса еще не достигли многих фермеров мира, — отметил Гурдев Куш, почетный адъюнкт-профессор Калифорнийского университета в Дэвисе.
Одним из решений было бы размножение гибридов как клонов, которые оставались бы идентичными из поколения в поколение без дальнейшего скрещивания. Многие дикие растения могут производить семена, являющиеся их клонами, — процесс, называемый апомиксисом.
"Как только вы получили гибрид, если вы можете индуцировать апомиксис, то можете высаживать его каждый год", — сказал Куш.
Однако перенос апомиксиса на основную сельскохозяйственную культуру оказалось трудно достичь.
Один шаг к клонированным гибридным семенам
В 2019 году команда под руководством профессора Венкатесана Сундаресана и доцента Имтияза Хандая из Калифорнийского университета в Дэвисе добилась апомиксиса у растений риса, при этом около 30% семян были клонами.
Сундаресан, Хандай и их коллеги из Франции, Германии и Ганы теперь достигли клональной эффективности в 95%, используя коммерческий гибридный сорт риса, и показали, что процесс может сохраняться не менее трех поколений.
Одноэтапный процесс включает модификацию трех генов под названием MiMe, которые заставляют растение переключаться с мейоза (процесса образования яйцеклеток) на митоз (деление клетки на две свои копии). Еще одна модификация гена индуцирует апомиксис. Результат — семя, которое может вырасти в растение, генетически идентичное своему родителю.
Этот метод позволит семенным компаниям производить гибридные семена быстрее и в большем масштабе, а также предоставит фермерам семена, которые они смогут сохранять и высаживать из сезона в сезон, отметил Куш.
"Апомиксис у сельскохозяйственных культур был целью мировых исследований более 30 лет, потому что он может сделать производство гибридных семян доступным для всех", — сказал Сундаресан. "Полученное увеличение урожайности может помочь удовлетворить глобальные потребности растущего населения без увеличения использования земли, воды и удобрений до неустойчивого уровня".
Результаты могут быть применены к другим продовольственным культурам, добавил Сундаресан. В частности, рис является генетической моделью для других зерновых культур, включая кукурузу и пшеницу, которые вместе составляют основные пищевые продукты для мира.