Генетика мужской стерильности у японского кедра: надежда на жизнь без аллергии

Японский кедр (Cryptomeria japonica, или «суги») — национальное дерево Японии. Он занимает более 4.5 млн гектаров, что составляет почти половину искусственных лесов страны. Однако он же является главной причиной сенной лихорадки: в 2008 году аллергию на его пыльцу отмечали 26.5% населения.

Поскольку стерильные деревья не производят функциональную пыльцу, селекция мужски-стерильных кедров может стать ключом к решению проблемы. Но их частота крайне мала — всего два стерильных дерева на 8700 деревьев в лесу. Редкость таких деревьев и сложный геном хвойных долго мешали идентификации ответственных генов.

Группа учёных из Японии (Лесотехнический научно-исследовательский институт и Университет Ниигаты) идентифицировала кандидата в гены мужской стерильности (MS1) у C. japonica и исследовала возможности селекции. Результаты опубликованы в Scientific Reports.

Ключевые открытия:

• С помощью RNA-секвенирования стробилов (шишковидных структур) учёные выявили кандидатный ген CJt020762.
• В этом гене обнаружены две делеционные мутации, которые стабильно встречаются у мужски-стерильных деревьев. Рецессивный аллель ms1 вызывает дефектное образование микроспор — мужских гамет.
• На основе этих мутаций разработан простой ПЦР-метод для скрининга сеянцев на ранней стадии, без необходимости наблюдать за взрослыми деревьями.

Филогеографический анализ мутантных гаплотипов в 18 естественных лесах Японии показал, что они имеют общего близкого предка, чей гаплотип распространён по всей стране. Это указывает, что новые материалы для селекции с мутантным гаплотипом можно найти в разных регионах.

Значение и перспективы:

Исследование впервые идентифицирует функциональный ген мужской стерильности у хвойных, устанавливая модель репродуктивной генетики для суги. Использование генетических маркеров позволит ускорить селекцию и постепенно заменять плодовитые деревья в искусственных лесах на стерильные.

«Вероятно, в следующие 50 лет многие люди с аллергией смогут свободно выходить на улицу весной благодаря увеличению числа мужски-стерильных кедров и снижению количества пыльцы в воздухе», — заключает доктор Ёити Хасэгава.

Эта работа — шаг к свободному и чистому от пыльцы дыханию для жителей Японии и всего мира.