Ген продуктивності пшениці досліджено у Великобританії

У повідомленні йдеться, що ідентифікований ген ZIP4 є ключовим, оскільки відповідає за збереження 50% зерен пшениці. Дослідження варіантів гена, на думку вчених, дозволить підвищити також термостійкість культури та її стійкість до хвороб.

«Наше дослідження описує ідентифікацію гена ZIP4 та його фенотиповий прояв, що проявляється у збереженні 50% зерен у пшениці. Це дає нам змогу виявити варіанти гена, які забезпечують стабільність продуктивності культури до зміни клімату», — пояснив професор Грем Мур.

Дослідники пояснюють це, спираючись на біологію та зокрема поліплоїдну природу багатьох видів рослин. Таким чином, поліплоїдний геном пшениці еволюціонував як поєднання диких видів, які перехресно запліднилися близько 10 000 років тому на території Близького Сходу. За поліплоїдизації фертильність зберігається за допомогою механізмів, які еволюціонували для контролю поведінки множинних геномів під час фази мейозу. У випадку пшениці основний мейотичний ген ZIP4 під час поліплоїдизації дублювався з хромосоми 3 в хромосому 5B. При цьому, попередні дослідження показали, що дубльований ген виконує дві ключові функції у стабілізації геному пшениці під час мейозу: сприяння вірному сполученню хромосом і запобігання кросинговеру між спорідненими хромосомами. Цікаво, що понад 60 років вважалося, що функція запобігання відповідає за стабільність геному та продуктивність.

Команда дослідників Грема Мура використовувала методи редагування геному CRISPR-Cas9, щоб створити мутантну рослину, в якій був видалений ген ZIP4 5B. В результаті — втрата обох функцій гена та, як наслідок, на 50% менше зерен, що підтвердило важливу роль ZIP4 5B у продуктивності пшениці. Наступний етап передбачав створення ще однієї мутантної рослини ZIP4 5B, але без функції запобігання кросинговеру. Стабільність хромосом та збереження числа зерен при цьому підтримувалося належно. Продуктивність не знизилася.

«До цих пір важливість другого фенотипу для збереження кількості зерен була неясною. Наше дослідження показало, що новий мутант слід використовувати в селекції пшениці, щоб підтримувати врожайність і, оскільки він не має функції пригнічення кросинговеру, це підвищує шанси успішної інтрогресії бажаних диких сегментів хромосом», — підсумував професор Грем Мур.

Наразі пріоритетом досліджень команди Грема Мура є пошук варіацій гена ZIP4, які підтримують мейотичну стабільність і фертильність за різних температурних режимів.