Механизм определения числа зерен у ячменя: новое открытие

Для повышения урожайности зерновых культур важно модифицировать соцветия, чтобы они могли формировать больше зерен. Обычно стремятся увеличить количество ветвей или цветковых структур. Однако у таких культур, как пшеница и ячмень, избыток цветковых зачатков может приводить к их дегенерации из-за недетерминированной природы меристем. С другой стороны, реализация репродуктивного потенциала зависит от факторов среды, таких как свет, температура и питание. Таким образом, повышение доли выживших цветков/колосков может увеличить урожай.

Исследователи из IPK обнаружили ранее неизвестный механизм, с помощью которого сигналы в проводящей системе соцветия ячменя контролируют дифференцировку пластид и сигнализацию о питательных веществах, поддерживая рост гетеротрофных цветковых меристем и репродуктивный успех. Их результаты доказывают, что циркадные часы проводящей системы необходимы для своевременного перехода от состояния инициации цветковых зачатков к состоянию их роста.

Крупномасштабное фенотипирование и диссекция цветковых меристем показали, что примерно 40% инициированных цветковых зачатков формируют зерна, а остальные отмирают, что представляет собой неиспользуемый потенциал урожайности. «Мы также показали, что число инициированных цветковых зачатков в значительной степени определяется генами времени цветения, но судьба дистальных цветковых зачатков контролируется по крайней мере тремя независимыми локусами количественных признаков», — говорит первый автор исследования доктор Юнью Хуанг.

«Мы впервые идентифицировали экспрессируемый в проводящей системе ген семейства CCT Motif Family (HvCMF4), который необходим для роста зачатков колосков и успешного опыления», — отмечает доктор Хуанг. Более того, команда показала, что HvCMF4 функционирует специфически после инициации зачатков колосков, связывая циркадные часы проводящей системы соцветия с контролем позеленения соседних тканей и, следовательно, автотрофного производства энергии. «Этот механизм определения числа зерен ранее не описывался и, по-видимому, уникален для видов трибы Triticeae, для которых характерно раннее позеленение соцветия во время инициации и дифференцировки колосков».

«Наше исследование открывает новый путь для повышения урожайности зерна, подчеркивая возможность увеличения числа зерен не только за счет получения большего числа цветковых зачатков, но и за счет их поддержки до созревания», — говорит профессор д-р Торстен Шнурбуш, руководитель исследовательской группы IPK «Архитектура растений». «Поскольку ячмень является одной из важнейших зерновых культур в мире (четвертое место после риса, кукурузы и пшеницы), лучшее использование его потенциала урожайности может способствовать мировой продовольственной безопасности и тем самым помочь в борьбе с угрозами голода, вызванными изменением климата, стихийными бедствиями или войнами».