Огородный, садовый или русский боб, он же бобы фава, — древняя культура. Конские бобы ценны благодаря высокому содержанию белка и способности преобразовывать азот из воздуха в форму, доступную для растений в почве. Это делает их устойчивой альтернативой сое, особенно в Европе. Однако многие сорта не морозостойки. В холодных регионах они не переживают заморозки. Это проблему решили исследователи.
Международная исследовательская группа из Института имени Лейбница (IPK) обнаружила небольшое, но значимое генетическое различие в бобах фасоли. Выживаемость растения зимой или возможность посева только весной зависит от одного участка генома. Результаты исследования, которые могут значительно ускорить разработку морозостойких сортов, опубликованы в журнале Nature Genetics.
Во-первых, исследовательской группе удалось значительно улучшить эталонный геном бобов. Для более точной сборки отдельных участков генома были использованы различные методы, такие как оптическое картирование.
«Наша новая эталонная модель генома фасоли представляет собой точный план с существенно меньшим количеством пробелов, лучшей привязкой к шести хромосомам и обеспечивает надежную основу для селекции», — подчеркнул профессор Мурукартик Джаякоди, который создал первоначальную эталонную модель генома в IPK в 2023 году.
На основе этого, на втором этапе исследователи изучили более 400 озимых и яровых линий и систематически сравнили соответствующий генетический материал. Одновременно они провели ассоциативный анализ. Этот анализ изучает, какие генетические различия связаны с определенными характеристиками — в данном случае, с зимостойкостью. Ученые также исследовали, какие гены активируются в холодных условиях. Особый интерес представляли гены, уже известные своей ролью в устойчивости к холоду у других видов растений.
«Мы с удивлением обнаружили, что одного аллеля в одном локусе гена достаточно, чтобы различать зимние и летние сорта», — сказал Хайлинь Чжан, первый автор исследования. Это похоже на выключатель света: он либо включен, либо выключен. В зависимости от варианта этого гена растение либо зимостойкое, либо нет.
Этот же локус гена также оказался наиболее сильным сигналом в анализе зимостойкости. Расположенные там гены принадлежат к группе транскрипционных факторов CBF/DREB. Эти гены-переключатели активируют множество других защитных механизмов в холодную погоду.
«Нам удалось продемонстрировать, что эти гены значительно активируются в условиях низких температур. Это подтверждает, что они играют центральную роль в устойчивости к заморозкам», — объяснил Хайлинь Чжан. Эти гены можно рассматривать как своего рода план действий в чрезвычайных ситуациях. Когда температура падает, этот план активируется, и растение готовится к заморозкам.
Но это еще не все. Тот же самый генный локус также был связан со стабильной урожайностью в различных условиях. «Тот факт, что один и тот же генный локус влияет как на зимостойкость, так и на стабильность урожайности, стал для нас особенно важным открытием», — сказал доктор Мартин Машер, руководитель исследовательской группы «Геномика одомашнивания» в IPK.
То есть, этот единый генетический «центр управления» оказывает несколько существенных воздействий. Новые знания могут ускорить выведение устойчивых сортов озимых конских бобов, урожайность которых в Европе почти на 50% выше. Будучи отечественным источником белка, они также могут снизить зависимость от импорта сои.
На заглавной фотографии хорошо видна различная зимостойкость разнообразных инбредных линий яровых и озимых конских бобов.
Источник: Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research.