Выявлены ключевые гены пшеницы, контролирующие высоту растений и размер зерна. Анализ современных сортов пшеницы показал, что селекционеры уже, возможно неосознанно, отобрали естественные версии этих генов, связанные с более крупным размером зерна.
Учёные из Ротамстеда совместно с партнёрами из Оломоуцкого университета (Чехия) выяснили, как семейство генов пшеницы тонко регулирует рост растения и развитие зерна. Это прорыв, который может помочь селекционерам, а затем соответственно и фермерам получать более высокие урожаи. Исследование опубликовано в журнале «Journal of Experimental Botany».
Исследование было сосредоточено на генах, регулирующих выработку гиббереллинов — природных фитогормонов, стимулирующих рост. Изучив семь вариантов генов GA3OX у мягкой пшеницы (Triticum aestivum), учёные обнаружили, что разные члены этого семейства генов играют различную роль в формировании высоты растений и размера зерна.
Мутации в одном наборе генов, известном как GA3OX2, привели к сильной задержке роста и бесплодию растений пшеницы из-за крайне низкого уровня гиббереллина во всём растении. Напротив, изменения в генах GA3OX3 и GA1OX1 повлияли на уровень гиббереллина преимущественно в развивающихся зёрнах. В то время как у мутантов GA3OX3 уровень гиббереллина был ниже, что приводило к более мелким и лёгким зёрнам, у мутантов GA1OX1 уровень гиббереллина был выше, что приводило к более крупным зёрнам.
Интересно, что исследование также показало, что гены, связанные с зерном, могут влиять на высоту растений, что позволяет предположить, что гормоны распространяются между тканями шире, чем считалось ранее. Анализ современных сортов пшеницы показал, что селекционеры уже, возможно неосознанно, отобрали естественные версии этих генов, связанные с более крупным размером зерна.
Функциональная характеристика мутанта ga3ox2 у пшеницы. (A) Количественное определение концентрации гиббереллина (GA) в тканях проростков дикого типа и ga3ox2. (B) Фенотип репрезентативных растений дикого типа и ga3ox2 после цветения. Растение с маркировкой «+ GA» опрыскивалось дважды в неделю 10 мкМ GA3. (C) Количество побегов у мутантов дикого типа и ga3ox2 (n=20). (D) Количество колосков у мутантов дикого типа и ga3ox2 (n=20). (E) Репрезентативные колосья дикого типа и ga3ox2, взятые после цветения. Линейка = 1 см. Звёздочки обозначают значимые различия между генотипами «Cadenza» и ga3ox2 (*P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001; двусторонний t-критерий Стьюдента). Источник: Journal of Experimental Botany (2025). DOI: 10.1093/jxb/eraf151
Результаты исследования открывают новые возможности для улучшения сельскохозяйственных культур, утверждают ученые. Используя естественные генетические вариации гормональных путей, селекционеры смогут более точно сбалансировать высоту растений с урожайностью зерна, что является давней целью в сельском хозяйстве.
«Наша работа показывает, как исследования путей регуляции роста пшеницы могут помочь в отборе вариантов генов, полезных фермерам. Десятилетия исследований пути гиббереллина позволили нам сосредоточиться на этих генах, которые теперь могут помочь в создании пшеницы с более крупным зерном», — сказал доктор Стивен Пирс, соавтор исследования.
Источник: Rothamsted Research.