Преодоление компромисса между числом и размером метёлок повысило урожайность риса

Селекция сельскохозяйственных культур часто ограничена компромиссами (tradeoffs) между различными агрономическими признаками. Поскольку многие из этих компромиссов вызваны плейотропией генов, её снижение может помочь в селекции.

В исследовании, опубликованном в Nature Biotechnology, учёные из группы Ли Цзяяна использовали tiling deletion для редактирования cis-регуляторной области плейотропного гена риса Ideal Plant Architecture 1 (IPA1). Это позволило преодолеть компромисс между компонентами урожайности.

IPA1 — доминантный регулятор архитектуры растения риса, кодирующий транскрипционный фактор. Его gain-of-function аллели приводят к уменьшению числа непродуктивных побегов, увеличению числа зёрен на метёлку, укреплению стеблей и корней, что повышает урожай. Однако IPA1 — типичный плейотропный ген, который увеличивает число зёрен на метёлку, но снижает число побегов (кустистость).

Чтобы преодолеть этот компромисс, исследователи модифицировали cis-регуляторную область IPA1, чтобы регулировать его экспрессию в разных тканях. С помощью CRISPR/Cas9 скрининга на основе tiling deletion они идентифицировали линию IPA1-Pro10, которая имеет делецию 54 п.н. в cis-регионе.

IPA1-Pro10 показала:

• Увеличенные метёлки
• Возросшее число побегов
• Увеличенную высоту растений
• Более толстые стебли и корни
• Прирост урожая на 15.9% в полевых условиях

Учёные также выяснили молекулярный механизм: ключевой фактор доместикации An-1 связывается с мотивом GCGCGTGT в этой 54-п.н. области и специфически регулирует экспрессию IPA1 в молодых метёлках, что влияет на их признаки.

Исследование предоставляет рабочий метод для преодоления компромиссов между агрономическими признаками и новые генетические ресурсы для преодоления ограничений урожайности риса.