Ученые Китайской академии наук отследили механизмы, ответственные за снижение содержания семенного белка в современных гибридах кукурузы и инбредных линиях. Результаты открывают новые возможности для селекции кукурузы на повышение качества и эффективности использования азота

«Существует экономические и экологические предпосылки, чтобы создать высокоурожайную кукурузу, способную давать питательный урожай при одновременном снижении уровня азота, применяемого к почве. Для этого важно определить генетические факторы, ответственные за указанный свойства», цитирует портал Рhys.org авторов работы, опубликованной 17 ноября в журнале Nature.

На протяжении тысячелетий селекционеры генетически изменяли виды растений, чтобы создать семена с большей пропорцией метаболитов для улучшения питательной ценности и полезности. Поскольку кукуруза стала основным источником корма для скота, приоритетным стало повышение содержания крахмала и урожайность, в то время как содержание белка и вкус стали второстепенными задачами.

Следовательно, современные гибриды кукурузы содержат только 5–10% белка. Напротив, теосинте, дикий предок кукурузы, имеет содержание белка в семенах 20-30%, согласно исследованию.

Ученые могут проследить снижение содержания белка семян кукурузы, но генетические механизмы были неясны. Команда ученых Китайской академии наук решила определить гены, ответственные за разницу содержания белка между теосинте и кукурузой, создав полную последовательность генома теосинте. Скрещивая теосинте с кукурузой и анализируя потомство, исследователи смогли идентифицировать количественный локус признака (QTL) или специфические хромосомные области, которые связаны с рассматриваемыми признаками.

Исследователи сосредоточились на значительном высокобелковом QTL на хромосоме 9. Образцы теосинте с высоким содержанием белка 9 (THP9) QTL не только продемонстрировали самый сильный эффект во время картирования QTL, но и кодировали фермент, называемый аспарагинсинтетазой 4 (ASN4), который играет важную роль в метаболизме азота. Предыдущие исследования риса, пшеницы и ячменя показали, что изменения в экспрессии этих генов изменяют рост растений и содержание азота.

В то время как вариант гена THP9-teosinte (THP9-T) (аллель) высоко экспрессируется в корнях и листьях теосинте, это не относится к соответствующей инбредной кукурузе из-за неправильного сращивания транскриптов генов.

«Это может быть одним из факторов, который приводит к различиям в усвоении азота, - пояснил Ву Юнгруй, один из авторов работы. - В ходе полевых испытаний наша команда подтвердила, что аллель THP9-T может повысить эффективность использования азота как в нормальных, так и в низкоазотистых условиях. Дальнейший анализ показал, что THP9-T имеет потенциал для улучшения содержания белка в семенах кукурузы и растениях посредством селекции. То есть возможно создание ценных гибридов, содержащих аллель THP9-T, хотя для полного установления его потенциала для нужны крупные полевые испытания в нескольких географических точках».

(Источник: phys.org. Дикая кукуруза (слева) и современная кукуруза (справа). Фото: CEMPS).