Виявлено генетичний механізм в рисі, який дозволяє витримувати місячні повені
Команда із Корнельського університету та японських дослідників виявила новий генетичний механізм, який дозволив деяким рисовим рослинам витримати місячні повені. Коли рослина занурюється, рідкісна форма гена викликає швидке його зростання, щоб тримати пагони над водою.
У дослідженні, опублікованому 13 липня в Science, команда визначила рідкісний аллель (мутацію) гена напів-карлика 1 (SD1), що організовує адаптацію до глибокої води. Визначаючи аллелі, селекціонери можуть націлювати його на розробку нових сортів, адаптованих до довгострокових умов повені.
"Якщо вода лише піднімається на один фут, рослина лише зростає на один фут; якщо вода піднімається на 20 футів, воно може вирости настільки ж, щоб бути над водою», - сказала Сьюзен МакКуч, професор Корнельського університету з рослинництва та генетики та одна із авторів дослідження.
Дослідники та селекціонери були зацікавлені в тому, щоб зрозуміти, як розводити рослини, які природно відчувають своє середовище та динамічно реагують на зміни у цьому середовищі; глибинний рис дає прекрасний приклад цього. Алелі дозволяють рослинам рису швидко розвиватися в глибокій воді, але лише тоді, коли вони занурюються. Інакше рослини нормально ростуть.
Глибинний рис видовжується з підйомом водяних повіней, досягає 10 дюймів (25 сантиметрів) на день, і може досягти висоти до 23 футів (7 метрів), щоб бути над водою. Графік показує порівняння зростання між нормальним рисом (верхня частина) та глибинним рисом (знизу), коли він занурюється протягом тижня.
Завдяки генетичному аналізу команда визначила, що аллель розвинувся першим у дикому рисі, Oryza rufipogon, в Бангладеш, і був приручений там стародавніми фермерами, які хотіли вирощувати рис через стійкі глибоководні повені.
"Оскільки зміна клімату викликає радикальні зрушення у погодних умовах, інші форми криптої генетичної варіації, знайдені в диких генофондах, можуть запропонувати адаптивні рішення, які допоможуть селекціонерам відкоригувати сучасні рисові сорти, щоб витримати виклики майбутніх умов вирощування", сказала МакКуш.
Під час генетичного аналізу МакКуч і її колеги спочатку були здивовані тим, що виявили признаки швидкого подовження, які були відображені в області хромосоми, яка була пов'язана з ростом карликових рослин. Десятиліття тому дослідники визначили аллель "втрати функції" гена SD1, який зменшує стовбурове і листове видовження протягом вегетаційного періоду рослини, але не впливає на ріст на репродуктивній стадії. В результаті, рослина витрачає менше енергії на створення листя і солом'яних матеріалів, а також на збільшення кількості енергії у розвиток зерна, що підвищує врожайність. "Втрата функції" аллелі SD1 використовувалася селекціонерами для посилення врожайності зерна під час "зеленої революції" - періоду 1960-х та 1970-х років, коли наукові дослідження та технології збільшили сільськогосподарське виробництво рису у всьому світі.
Для рослин із мутацією "посилення функції" експресія гена SD1 спричинюється накопиченням етиленового газу у воді, що виникає при зануренні рослини. Рослина хімічно відчуває етиленовий газ, який викликає генетичну реакцію, що активізує експресію гена SD1; білок, який експресує ген, викликає швидке збільшення унікальної форми гормону гібербеліну GA4, що сприяє швидкому видовженню стовбура та росту рослини.
Аллель "коефіцієнт посилення" на SD1 називається глибоководним гаплотипом. Дослідники простежили цей гаплотип до диких популяцій O. rufipogon у Бангладеш, де він вперше розвинувся.
Дослідження було фінансовано Японським науково-технічним агентством, Фондом Canon, Національним науковим фондом та Міністерством сільського господарства США.
Також читайте:
