Ячмень, который процветает на засоленных почвах
Разработка сельскохозяйственных культур, способных переносить более высокую засоленность почвы и орошение соленой водой, значительно улучшит возможности по обеспечению продовольствием растущего населения мира. Исследователи из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии возглавляют поиск генетических механизмов солеустойчивости у культур и недавно завершили первое крупномасштабное исследование по генетическому картированию ячменя в полевых условиях.
Профессор KAUST Марк Тестер, аспирантка Стефани Сааде и их коллеги выбрали ячмень в качестве генетической модели, потому что это самая солеустойчивая зерновая культура. Они также имели доступ к высококачественным данным секвенирования генома европейского сорта Barke, который использовали в качестве материнской линии для полевого исследования.
«Мы использовали популяцию ячменя для вложенного ассоциативного картирования (NAM)», — пояснил Тестер. «NAM — это серия небольших популяций с одной постоянной линией. В нашем NAM сорт Barke, общая материнская линия, составлял около 75% генома каждого растения. Мы использовали 25 различных отцовских линий — диких сортов ячменя из плодородных районов Аравии, которые, как известно, обладают более высокой солеустойчивостью, чем коммерческие сорта».
Эта тщательно разработанная генетическая структура, созданная коллегой Клаусом Пилленом из Университета Галле (Германия), объединила высокое генетическое разнообразие от 25 отцовских линий, оставаясь статистически мощной благодаря постоянной материнской линии. Обширный полевой участок в Международном центре биосолевого сельского хозяйства в Дубае позволил команде довести растения до полной зрелости.
«Наш уникальный участок имел глубокую песчаную почву и использовал капельное орошение соленой водой, что позволило нам поддерживать одинаковую засоленность почвы по всей площади, — отметил Тестер. — Таким образом, различия между растениями, выращенными на разных участках, были в основном обусловлены генетическим составом, а не случайными факторами окружающей среды».
Исследователи оценили 10 признаков, связанных с урожайностью, уделив особое внимание генетической архитектуре времени цветения — ключевого фактора для создания высокоурожайной коммерческой культуры. Они искали локусы признаков, связанные с конкретными генами у растений, которые процветали на сильно засоленных почвах, и идентифицировали специфический локус на хромосоме 2H, происходящий от отцовской линии из северо-западного Ирака. В условиях засоления растения с этой генетической мутацией давали на 30% больше урожая, чем сорт Barke.
Команда Тестера надеется интегрировать этот локус (наряду с другими, связанными с солеустойчивостью) в коммерческие линии и испытать полученные растения в различных географических точках. Даже если эти новые сорта ячменя покажут более высокую устойчивость только в определенных местах, это станет значительным шагом вперед в решении проблемы будущей продовольственной безопасности.