Гірський ген кукурудзи відкриває можливості для селекції нових сортів
Давня кукурудза змінила ген для процвітання у складних умовах і залишила його у спадок деяким сучасним різновидам.
Дослідження було опубліковане в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Вчені з Університету штату Північна Кароліна простежили за важливим геном кукурудзи, який називається HPC1, який модулює певні хімічні процеси, що впливають на час цвітіння. Метою роботи було отримати уявлення про еволюцію рослин та відбір ознак, важливих для адаптації культури до складних польових умов.
«Ми дуже зацікавлені в тому, щоб зрозуміти, як природні варіації ліпідів беруть участь у зростанні та розвитку рослин, і як ці сполуки можуть допомогти рослинам адаптуватися до навколишнього середовища, – розповів Рубен Реллан-Альварес, доцент кафедри структурної та молекулярної біохімії в університеті та автор статті, яка описує дослідження. - Зокрема, ми хотіли дізнатися більше про зміни в ліпідах, які називаються фосфоліпідами, які складаються з фосфору та жирних кислот, та їх ролі в адаптації до холоду, низькому вмісту фосфору та регулюванні важливих процесів для пристосованості рослин та врожайності, таких як час цвітіння» .
Кукурудза, що вирощується на великих висотах, наприклад, у гірській місцевості Мексики, потребує особливих умов для успішного зростання. Більш низькі температури в цих гірських районах ставлять кукурудзу в невигідне становище порівняно з рослинами, що ростуть у низьких висотах та теплі.
«На великих висотах у прохолодному середовищі вирощування кукурудзи займає більше часу через менше накопичення одиниць тепла, які необхідні для розвитку кукурудзи. На висоті 2600 метрів кукурудза зростає втричі довше, ніж у низьких висотах. Місцеві фермери, щоб пристосуватися, мали садити насіння на початку сезону з глибоким закладенням у ґрунт, і відбирати тільки ті різновиди, які будуть здатні розвиватися за низьких температур і зацвітати рано.
«Ось тут у справу входять зміни гена HPC1. Наприклад, у сортів кукурудзи, що вирощуються на низьких висотах, включаючи основну масу кукурудзи, що виробляється в США, цей ген розщеплює фосфоліпіди, які зв'язуються з важливими білками, що прискорюють час цвітіння. У горах цей ген дає осічку, але на користь високогірної кукурудзи. У гірській кукурудзі з'явилася «дефектна» версія гена, що призвело до високого рівня фосфоліпідів», – каже Реллан Альварес.
«Фосфоліпіди є важливими будівельними блоками клітинних мембран. Всі ліпіди мають різну форму, і балансування цих форм – те, що дозволяє мембранам залишатися непошкодженими та допомагає рослинам пережити періоди стресу», – додає Еллісон Барнс, науковий співробітник лабораторії Реллана-Альвареса та співавтор статті. - Для підтвердження своєї теорії за допомогою генних ножиць CRISPR-Cas9 ми створили лабораторний мутант і підтвердили метаболічну функцію гена. Фосфоліпіди у гірської кукурудзи краще утримують мембрани разом, дозволяючи рослині виживати у несприятливих умовах».
Кукурудза з гірською версією гена зацвіла на день раніше, ніж рослини без цієї версії гена.
У дослідженні також вивчалася еволюція кукурудзи протягом тисячоліть, коли корінні американці одомашнили кукурудзу на південному заході Мексики з дикої рослини під назвою teosinte parviglumis. У мексиканському нагір'ї кукурудза була схрещена з іншою дикоросла рослиною - мексиканською теосинте.
«Наші результати показують, що суміш кукурудзи з teosinte mexicana допомогла кукурудзі адаптуватися до умов високогір'я і що ця гібридизація є актуальною для сучасної кукурудзи. Генетичні фрагменти teosinte mexicana, а саме гірської версії HPC1, збереглися в деякій сучасній кукурудзі. Це утримання, яке вчені називають інтрогресією, схоже на те, як сучасні люди зберігають фрагменти неандертальця у своєму генетичному коді. Ці фрагменти були збережені, тому що вони були відібрані з часом та приносять певні переваги. Гірський варіант HPC1 був знайдений у сортоутворювачах кукурудзи, вирощеної в Канаді, на півночі США та в Північній Європі, тобто в прохолодному для кукурудзи кліматі», розповів Реллан-Альварес.
Дослідники штату Північна Кароліна в даний час вивчають роль цього та інших генів, що беруть участь у метаболізмі фосфору, щоб вивчити більш стійкі способи вирощування кукурудзи і, можливо, внести більше teosinte mexicana до сучасної кукурудзи.
P.S. На нашому сайті Ви можете переглянути перелік сортів, які зареєстровані в Україні, зокрема і сортів кукурудзи. Також Ви можете переглянути оголошення щодо їх продажу або розмістити своє.
Також читайте: