Поиск ключа к улучшению риса

Каждый организм производит огромное разнообразие молекул, каждая со своей биологической функцией. Сложное взаимодействие генетических и экологических факторов определяет уровень производства каждого соединения. Расшифровав эти факторы, генетики растений могут использовать информацию для получения организмов с полезными свойствами, например, более устойчивых к патогенам культур.

Исследовательская группа под руководством Кадзуки Сайто и Фумио Мацуда из Центра наук о растениях RIKEN в Йокогаме начала распутывать, как генетические вариации влияют на производство метаболитов в рисе — основной пищевой культуре во всем мире. Группа Сайто, накопившая значительный опыт в характеристике химического состава растений, сотрудничала со специалистами по сельскому хозяйству из Национального института агробиологических наук (NIAS) Японии в Цукубе. «NIAS — ведущий исследовательский центр по селекции риса в Японии, разработавший полезные экспериментальные линии для генетического анализа качественных признаков риса», — говорит Сайто.

Ученые исследовали 85 различных линий, полученных в результате скрещивания сортов, представляющих два разных типа риса: Индика и Японика. «Рис Индика — рассыпчатый и используется для карри, а короткозерный рис Японика — влажный, липкий, ярко-белый рис, используемый в суши или ризотто», — поясняет Мацуда. Из этих линий исследователи собрали данные, описывающие 759 различных метаболитов. Затем они определили, в какой степени генетические вариации, связанные с геномами Индика или Японика, коррелируют с различиями в уровнях этих соединений.

Хотя многие метаболиты, по-видимому, модулируются в основном негенетическими факторами, исследователи выявили несколько молекул, производство которых сильно зависит от различий в определенных геномных локусах. Они даже обнаружили «горячую точку» — кластер локусов на хромосоме 3, который координирует производство ряда различных аминокислот и жирных кислот.

Растения риса производят молекулы, известные как флавоновые гликозиды, которые защищают их от поедания травоядными, но также проявляют антиоксидантные и противовоспалительные свойства у людей. Следовательно, они могут представлять собой многообещающие цели для генной инженерии сельскохозяйственных культур. Исследовательская группа обнаружила четкие доказательства влияния наследственных факторов на производство, включая вариант, специфичный для Индика, который связан со значительно повышенным уровнем одного конкретного флавонового гликозида.

Для точного определения соответствующих генетических изменений потребуется более детальное картирование, что может стать прелюдией к целенаправленной модификации и оптимизации. Однако эта работа также подчеркивает ценность «старомодных» методов генной инженерии. «Наше исследование демонстрирует, что метаболический состав зерен риса можно улучшить с помощью традиционных программ селекции, используя естественные генетические вариации в популяции риса», — говорит Сайто.