Молодая кукуруза, по сути, неоплодотворенные молодые початки, является деликатесом, привлекающим все большее внимание благодаря своей высокой питательной ценности и низкой калорийности. Она также имеет значительную экономическую ценность как быстрорастущая товарная культура с глобальным рынком сбыта.
Рынок молодой кукурузы сейчас активно развивается. В настоящее время Таиланд является крупнейшим производителем молодой кукурузы, с предполагаемой годовой стоимостью в 64 миллиона долларов.
Качество и вкус молодых початков кукурузы значительно ухудшаются из-за опыления. Чтобы предотвратить опыление, фермеры прибегают к трудоемкому и дорогостоящему методу удаления мужских цветков с растения на ранних стадиях его роста, до того, как они выпустят пыльцу для оплодотворения початков и образования семян. Перспективная альтернатива методу удаления цветков была найдена исследователями из Университета штата Айова, изучающими селекцию кукурузы.
Команда разработала новый генетический вариант, который привел к «задержке роста рыльцев». Этот новый генетический механизм контроля опыления был опубликован в журнале Plant Physiology.
«В ходе исследования генов и их мутантов по другим причинам мы обнаружили мутацию, которая привела к значительному уменьшению количества рыльцев. Эти короткие рыльца в основном развивались внутри кукурузных початков, что снижало вероятность оплодотворения», — сказал Сиддик Абубакер, ученый из Университета штата Айова на момент исследования, а ныне доцент Университета Кентукки. Эта уникальная особенность — короткие рыльца — была связана с удалением гена ZmBMF2 с помощью генного редактирования CRISPR/Cas9.
У отредактированной кукурузы рыльца всё ещё присутствовали, хотя они были настолько короткими, что редко выходили за пределы шелухи. За четыре года исследования рыльца появились из шелухи только в один год, и их количество было недостаточным для опыления и образования семян. Полученные результаты могут проложить путь к альтернативному механизму контроля опыления, особенно актуальному для выращивания молодой кукурузы.
Однако, если удалить шелуху, растения все равно могут оплодотворяться и давать семена — важный фактор для будущих селекционных программ, по словам исследователей. Они также обнаружили, что мутация не повлияла на другие признаки, связанные с продуктивностью, такие как количество рядов зерен или длина початка.
«Биология роста кукурузных рыльцев остается малоизученной областью исследований, несмотря на ее огромную важность. Было выявлено всего два генетических мутанта, связанных с ростом и развитием кукурузных рыльцев. Теперь мы обнаружили ген, связанный с минимальным ростом рыльцев. Это очень важно, поскольку он может принести пользу альтернативной сельскохозяйственной отрасли. Это также имеет более широкие последствия для селекции кукурузы и биотехнологии растений, которые заслуживают дальнейшего изучения», — сказал Томас Любберштедт, профессор агрономии им. К. Дж. Фрея, соавтор исследования.
Например, генетически отредактированная кукуруза также продемонстрировала потенциально замедленное «старение» — процесс роста и старения клеток. «Это может открыть путь к более точному контролю сроков производства, обеспечивая дополнительную устойчивость и возможность адаптации методов управления к условиям окружающей среды в различных регионах выращивания», — сказал Абубакер.
Ученые обнаружили феномен «замедленного роста рыльцев» во время изучения гаплоидной мужской фертильности — аспекта генетики кукурузы, связанного с разработкой чистых генетических линий этого растения.
«Иногда в исследованиях находят неожиданные и интригующие результаты, которые могут привести к чему-то важному. Для этого требуется творческий подход, следование интуиции и терпение, поскольку это почти всегда предполагает более глубокое изучение и дополнительные эксперименты. В данном случае открытие имеет реальный потенциал для открытия нового направления исследований и создания новых продуктов», — сказал Любберштедт.
«Процесс исследования, открывающий новые возможности и экономические перспективы, очень полезен. Нам повезло, что у нас есть финансирование, поддерживающее передовые исследования, что позволяет проявлять определенную гибкость в поиске неожиданных результатов», — сказал Абубакер.
Источник: Iowa State University. На фото: исследователи из Университета штата Айова Сиддик Абубакер (справа), генетик кукурузы, и Кынсуб Ли, биотехнолог, изучают созревающую кукурузу с недоразвитыми рыльцами. Автор фото: Уитни Бакстер/Университет штата Айова.