Полювання за генами призводить дослідників до розгадки таємниці формування остюків у сорго
З роками одомашнення трав, таких як пшениця, рис, ячмінь та сорго, для вживання в їжу призвело до певних змін у їхній морфології. Однією з таких модифікацій є часткове або повне усунення «ости», що є щетинко-або голчастими придатками, що відходять від кінчика квіткової луски біля колосків трави.
Ость захищає зерно від тварин, сприяє розповсюдженню насіння і сприяє фотосинтезу у таких культур, як ячмінь і пшениця. Водночас заважає ручному збиранню і знижує цінність зерна як корму для худоби, що пояснює вилучення цієї ознаки у ході доместикації злакових культур.
У минулому генетичні дослідження виявили механізм, що лежить в основі розвитку ості у таких культур, як рис і пшениця, що підтвердило можливість існування складних і відмінних генетичних мереж, які контролюють формування ості специфічним для виду способом.
Фактично, існування гена, що інгібує ості, у сорго було виявлено в 1921 році, але це відкриття залишилося неохарактеризованим. Тепер група дослідників на чолі з професором Ватару Сакамото з Університету Окаяма і включно з професором Хідекі Таканаші з Вищої школи сільського господарства та наук про життя Токійського університету нарешті пролила світло на цю тему.
Голчасті структури, відомі як остюки, утворилися на кінчиках зерен злаків. На малюнку показано утворення остюки у ячменю (А), пшениці (В), сорго (С). (D) Остисті (ліворуч) та безості (праворуч) суцвіття сорту сорго, використаного в цьому дослідженні.
Обґрунтовуючи потребу вивчення інгібування ості у сорго, професор Сакамото каже, що сорго є важливою біоенергетичною культурою з високою посухостійкістю. Воно є п’ятою за величиною зерновою культурою. Крім того, морфологічна різноманітність сорго та відносно невеликий розмір геному робить його придатним для генетичних досліджень.
Спеціально для дослідження була створена рекомбінантна інбредна популяція, отримана в результаті схрещування сортів сорго безостого BTx623 та остистого Takakibi NOG. Використовуючи секвенування наступного покоління, дослідники створили генетичну карту високої щільності цієї рекомбінантної популяції. Далі було проведено кількісний аналіз локусів ознак зародкової плазми сорго, щоб ідентифікувати ген, який контролює розвиток ості. Також провели дослідження асоціації всього генома, щоб визначити походження гена, що інгібує ості.
У результаті дослідники відмітили, що приблизно половина досліджуваної популяції рекомбінантного сорту не розвивала ості, як і їхня безоста батьківська форма. Більше того, вони виявили єдиний локус на хромосомі сорту, який відповідає за регуляцію відсутності остюків та їх укорочення у досліджуваних сортів. Ген, що відповідає цьому локусу був ідентифікований як DAI (домінантний ген-інгібітор остистості).
DAI кодує білок з сімейства ALOG, який негативно регулює формування ості як фактор транскрипції. Цікаво, що коли цей ген був введений до остистого сорту рису, він зупинив утворення ости.
«Було дивно, що DAI також пригнічує подовження остюків у рису, тому що раніше не повідомлялося про подібні гени у цієї культури», — прокоментував професор Сакамото.
Виділений ген DAI стане важливим для селекції сучасних безостих сортів злакових культур. Крім того, це вказує на існування загального механізму гальмування розвитку ості, незважаючи на існування видоспецифічних інгібіторів. Наразі дослідникам необхідний подальший аналіз для розуміння транскрипційної регуляції гена.
Також читайте: