По данным исследования Техасского технологического университета, США, соевые бобы значительно различаются по способности поглощать, перемещать и откладывать минеральные вещества, такие как алюминий, железо и кремний. Выявление генетических маркеров, связанных с улучшенным усвоением определенных минералов, помогает селекционерам сои лучше выводить сорта сои для определенных типов почв.
«Дисбаланс или токсичность минеральных питательных веществ влияет на рост и развитие растений», - объясняет Гунвант Патил, доцент Института геномики устойчивости к абиотическому стрессу сельскохозяйственных культур Техасского технологического университета. Он изучает генетическую изменчивость того, как соя усваивает минеральные питательные вещества, в рамках Программы исследований Южной сои, исследовательского программы сотрудничества с фермерами, выращивающих сою в Алабаме, Кентукки, Северной Каролине, Теннесси и Техасе.
«Генетика сои адаптируется к усвоению различных ключевых питательных веществ в различных средах. Определение зародышевой плазмы и генетических факторов, связанных с усвоением определенных минералов, позволяет разрабатывать соевые бобы с улучшенной эффективностью использования питательных веществ и помогает селекционерам выбирать генотипы, адаптированные к определенным типам почв», - рассказывает ученый.
Когда проект стартовал в 2021 году, Патил и его команда выбрали 220 генетических линий сои из базы данных зародышевой плазмы. Они выращивали эти линии в теплице, обеспечивая известные количества девяти основных минералов. На стадии роста V3 или V4 его команда взяла образцы тканей из листьев, стеблей и корней, чтобы проанализировать, как каждый образец сои поглощал и перемещал различные минералы по растению.
«Мы обнаружили значительные различия в том, как соевые бобы поглощают минералы из почвы, и выявили линии с высоким поглощением изученных нами минералов», - говорит исследователь.
После скрининга в теплице Патил отобрал 25 линий сои с высоким накоплением минералов и 25 линий с низким накоплением для полевых испытаний. Помимо посадки этих сортов на исследовательской станции Техасского технологического института в Лаббоке, он сотрудничал с исследователями из Южной Каролины, чтобы посадить их на исследовательской станции в Эйкене, Южная Каролина. В этих двух местах были очень разные типы почв и уровни минеральных питательных веществ.
«Мы увидели схожие тенденции в составе питательных веществ как в тепличных, так и в полевых испытаниях. Это побудило нас более внимательно изучить генетику сортов с высокими показателями накопления питательных веществ», - говорит Патил.
Например, в регионах, где существует проблема хлороза из-за дефицита железа, селекционеры могут отобрать сорта сои, которые могут более эффективно поглощать, транспортировать и использовать биодоступное железо из почвы.
Изображения представляют собой моментальные снимки процесса и технологии, используемые для идентификации зародышевой плазмы сои с высокой способностью поглощать, перемещать и использовать минеральные питательные вещества. Автор: Gunvant Patil.
Генетические и геномные ресурсы сои находятся в открытом доступе, что позволяет Патилу и его команде проводить картирование ассоциаций на зародышевой плазме сои. Этот процесс помог идентифицировать новые геномные регионы, связанные с минеральными питательными веществами.
Ученые определили количественный признак локуса, или QTL, для поглощения алюминия, железа, марганца и кремния. Другими словами, они обнаружили области на определенных генах сои, связанные с более высоким поглощением данного минерала.
«Эта информация позволяет селекционерам сои использовать генетические маркеры для выявления генетики, способствующей сильному усвоению минералов», — объясняет Патил.
Он считает, что эта информация поможет селекционерам сои, семеноводческим компаниям и фермерам улучшить сорта сои, которые лучше подходят для определенных типов почв с высоким или низким содержанием определенных минералов.
Основываясь на данных и опыте первых нескольких лет этого исследования, Патил решил сосредоточиться на поглощении соей кремния - самого распространенного элемента на Земле.
«Корням сои нужен правильный транспортер для поглощения кремния в форме кремниевой или монокремниевой кислоты. Он перемещается из корней через побеги в листовую ткань, где создает физический, или апопластный, барьер, который помогает растениям противостоять грибным и бактериальным заболеваниям, а также помогает снизить испарение воды. Этот барьер образуется снаружи мембран растительных клеток».
Исследователь стремится лучше понять, как соевые бобы используют кремний, и охарактеризовать генетику, которая улучшает поглощение кремния. Он также изучает технологии генетического редактирования, которые позволят легче включать эту генетику в сорта. Это исследование, основанное на его более ранней работе, финансируется Объединенным советом по сое США.
«В дополнение к основным питательным веществам мы планируем продолжить изучение кремния в соевых бобах. Его роль была определена в рисе и злаках, и это продолжающееся исследование поможет нам узнать больше об использовании кремния в двудольных растениях», - заключил Патил.
Источник: Texas Tech University. Автор: Лора Темпл.
