Прорив у селекції рису може нагодувати мільярди людей
Міжнародній команді вдалося розмножити комерційний гібридний сорт рису у вигляді клону через насіння з ефективністю 95 відсотків. Це може знизити вартість гібридного насіння рису, зробивши високоврожайні, стійкі до хвороб сорти рису доступними для фермерів з низьким доходом у всьому світі.
Робота була опублікована у журналі Nature Communications.
Гібриди сільськогосподарських культур першого покоління часто демонструють вищу продуктивність, ніж їхні батьківські штами, явище, яке називається гібридною силою. Але це не зберігається, якщо гібриди схрещуються для другого покоління. Тому, коли фермери хочуть використовувати високопродуктивні гібридні сорти рослин, їм необхідно щосезону купувати нове насіння.
Рис, основна культура для половини населення земної кулі, є відносно дорогим для вирощування як гібрид для підвищення врожайності приблизно на 10 відсотків. Це означає, що переваги гібридів рису ще не дійшли багатьох фермерів світу, сказав Гурдев Хуш, почесний ад'юнкт-професор кафедри рослинництва Каліфорнійського університету в Девісі. Працюючи в Міжнародному науково-дослідному інституті рису з 1967 року до виходу на пенсію в Каліфорнійському університеті в Девісі в 2002 році, Кхуш керував зусиллями створення нових високоврожайних сортів рису, за цю роботу він отримав Всесвітню продовольчу премію в 1996 році.
Одним із рішень цієї проблеми було б розведення гібридів у вигляді клонів, які залишалися б ідентичними від покоління до покоління без подальшого розмноження. Багато диких рослин можуть виробляти насіння, яке є клонами самих себе, цей процес називається апоміксис.
"Якщо у вас є гібрид, якщо ви можете викликати апоміксис, ви можете садити його щороку", - сказав Кхуш.
Однак виявилося важко досягти перенесення апоміксису на основні сільськогосподарські рослини.
Один крок до клонованого гібридного насіння
У 2019 році група під керівництвом професора Венкатесана Сундаресана та доцента Імтіяза Хандея з факультетів біології рослин та рослинництва Каліфорнійського університету в Девісі досягла апоміксису на рослинах рису, при цьому близько 30 відсотків насіння є клонами.
Сундаресан, Хандай та його колеги з Франції, Німеччини та Гани досягли 95-відсоткової ефективності клонування, використовуючи комерційний гібридний сорт рису, і показали, що цей процес може підтримуватись як мінімум у трьох поколіннях.
Одноетапний процес включає модифікацію трьох генів, званих MiMe, які змушують рослину перемикатися з мейозу, процесу, який рослини використовують для утворення яйцеклітин, на мітоз, при якому клітина ділиться на дві копії самої себе. Інша модифікація гена викликає апоміксис. В результаті виходить насіння, з якого може вирости рослина, генетично ідентична своєму батькові.
За словами Хуша, цей метод дозволить насінницьким компаніям виробляти гібридне насіння швидше і у великих масштабах, а також надавати насіння, яке фермери зможуть зберігати і пересаджувати з сезону в сезон.
"Апоміксис сільськогосподарських культур був об'єктом всесвітніх досліджень протягом понад 30 років, тому що він може зробити виробництво гібридного насіння доступним для всіх", - сказав Сундаресан. «В результаті збільшення врожайності може допомогти задовольнити глобальні потреби населення, що росте, без необхідності збільшення використання землі, води та добрив до неприйнятного рівня».
За словами Сундаресана, результати можуть бути застосовані до інших харчових культур. Зокрема, рис є генетичною моделлю для інших зернових культур, включаючи кукурудзу та пшеницю, які разом становлять основні продукти харчування у світі.
Фенотип, фертильність мітелок та якість зерна рослин-нащадків обраних апоміктичних подій, що містять конструкції Т-ДНК T314 та T315.
- A- Фенотипи рослин, вирощених у контрольованих тепличних умовах. Зліва: п'ять рослин потомства F2, одержаних в результаті самозапилення BRS-CIRAD 302, порівняно з рослиною BRS-CIRAD 302 F1. Справа: три потомства T1 від події T314 15.1 у порівнянні з рослиною BRS-CIRAD 302 F1.
- B- Фенотипи нащадків T2, вирощених у контрольованих тепличних умовах: 5–6 рослин потомства T2 рослини T1 подій T314 15.1, T314 37.7, T315 5.4 та T315 8.1 порівнюють із рослиною BRS-CIRAD 302 F1. Старі листя рослин знято для фотографування.
- C -Воронки гібриду BRS-CIRAD 302 F1 та рослин T314 15.1 T2. Головні волоті п'яти різних рослин були об'єднані для фотографування.
- D- Розподіл швидкості наповнення насіння серед рослин BRS-CIRAD 302 F1 та рослин-нащадків T2 подій T314 (15,1 та 37,7) та подій T315 (подій 5,4 та 8,1). Середня фертильність мітелок апоміктичних ліній становить 75,8%, 60,7, 79,9% та 74,7% відповідно від такої у контрольних рослин (100%) (пунктирна червона лінія). Значимість відмінностей полягає в тесті Дункана, ступінь свободи = 4, довірчий інтервал 95%.
- E - Лущене та очищене насіння батьків 1 F та D24, поколінь F1 та F2 та апоміктичних ліній. Верхній: 1 батько F і D24, насіння гібриду F1, зібране з 1 батька F, насіння F2, зібране з гібриду F1. Внизу: насіння Т3, зібране з апоміктичних рослин чотирьох обраних апоміктичних ліній.
- F- Зміст крохмалю та амілози в насінні F2 та насінні T3, зібраних з рослин BRS-CIRAD 302 F1 та апоміктичних рослин T2, відповідно. Різні літери вказують на значні відмінності (α-ризик = 0,05) у тесті Крускала-Уолліса: подія T314 37.7 демонструє значно нижчий вміст крохмалю, ніж насіння F2 та насіння події T315 8.1 та 5.4.
P.S. На нашому сайті Ви можете переглянути перелік сортів, які зареєстровані в Україні, зокрема і сортів рису. Також Ви можете переглянути оголошення щодо їх продажу або розмістити своє.
Також читайте:
- Можливі нові способи продовження вирощування кави в мінливому кліматі
- Використання фосфору у Великій Британії необхідно краще контролювати,- дослідження
- Виявлено датчик вуглекислого газу в рослинах, який контролює втрату води
- Оптимізація дизайну генетичних ланцюгів ризобактерій для забезпечення стійкості сільського господарства