Вчені виявили генетичну варіацію, яка забезпечує підвищення вмісту білка приблизно на 25 відсотків у пшениці, вирощеної в польових умовах, без втрати врожайності.
Команда генетиків і біологів з Британських центру Джона Іннеса в Норіджі і Університету Лідса, а також австралійського Аделаїдського і німецького Гейдельберзького університетів знайшла спосіб вирощувати пшеницю більш високої якості, зерно якої буде містити більше білка. Про своє відкриття вони розповіли в роботі, нещодавно опублікованій в журналі Science Advances.
Пшениця м’яка, або літня (лат. Triticum aestivum) – найважливіший для людства злак, на нього припадає приблизно 20 відсотків білка і кілокалорій, споживаних у світі. Живильні зерна виробляють квітки, розташовані на бічних гілках — колосках. Основний фактор, від якого залежить урожай, — кількість колосків і квіток, утворених суцвіттям. Тим часом про гени або біологічні процеси, що контролюють їх формування, ми знаємо вкрай мало: як відзначають автори нового дослідження, ця прогалина частково обумовлена тим, що пшениця має гексаплоїдний геном, що складається з трьох елементарних геномів і в довжину перевищує 17 мільярдів пар нуклеотидів. Тобто він в п’ять разів більше геному людини.
Настільки складний геном і обмежував можливість проводити своєчасні генетичні аналізи ознак розвитку, але недавні дослідження надали необхідні ресурси для визначення генів, що регулюють розвиток суцвіть. У підсумку фахівці отримали нові можливості для підвищення якості врожаю.
“Кожен колосок складається з двох колоскових лусочок і зазвичай дає від двох до чотирьох фертильних квіток. Таке розташування колосків добре збереглося у дикорослої і культурної пшениці; однак існують варіації, що надають можливість ідентифікувати гени, що регулюють архітектуру суцвіття. Одна з таких варіацій “парний колосок”: він характеризується розвитком двох колосків в окремому вузлі, при цьому вторинний колосок формується безпосередньо поруч зі звичайним первинним і нижче нього. Парні колоски відрізняються від інших варіацій, таких як Багаторядні і розгалужені, які включають кілька колосків або подовжених гілок в одному вузлі», — пишуть вчені.
Вони провели скринінг парних ліній, що виробляють колоски, в популяції пшениці, методом під назвою TILLING (Targeted Local Lesions IN Genomes, цільові локальні ураження в геномах) — це дослідження функції генів, що поєднує випадковий хімічний мутагенез, традиційно використовуваний генетиками, з ефективною технологією скринінгу для виявлення мутацій. Він не належить до ГМО і раніше дозволяв швидко впровадити потрібний ген в існуючий сорт пшениці.
- Знайдений новий спосіб, за допомогою якого рослини економлять воду
- Потепління клімату посилює мутації геному у одноклітинних і багатоклітинних
В результаті вдалося ідентифікувати кілька парних мутантних ліній, що продукують колоски: дві з них містять мутації, внаслідок яких генерується більше квітконосних парних колосків, водночас приблизно на 25 відсотків підвищується вміст білка в зерні — в порівнянні зі спорідненими лініями дикого типу.
“Вищий вміст білка пов’язаний з підвищеною гідравлічною провідністю суцвіття і квітконосу і більшою поставкою амінокислот до колосового стрижня, чому, швидше за все, сприяє утворення додаткових судинних пучків в стеблі. < … > Наші результати надають потенційний метод поліпшення якості зерна пшениці і демонструють можливість клонування генів, контролюючих розвиток суцвіть поліплоїдної пшениці, з використанням підходу мутагенезу”, – підкреслили автори роботи.
Оскільки збільшення вмісту білка відбувається без зниження врожайності, це відкриття буде економічно вигідніше для селекціонерів і виробників, ніж просто підвищення поживної цінності пшениці. На думку вчених, нові сорти стануть доступні агрономам через два-три роки.