Низкорослые или полукарликовые сорта пшеницы с повышенной устойчивостью к засухе вскоре могут быть выращены на полях по всему миру после захватывающего научного открытия.

Исследователи из Центра Джона Иннеса в сотрудничестве с международной группой исследователей обнаружили новый ген, снижающий высоту Rht13, который означает, что семена можно сажать глубже в почву, обеспечивая доступ к влаге, без негативного влияния на всходы, наблюдаемого у существующих сортов пшеницы.

Сорта пшеницы с геном Rht13 могут быть быстро выведены в сорта пшеницы, что позволит фермерам выращивать пшеницу с пониженной высотой в более сухих почвенных условиях.

"Мы нашли новый механизм, который может создавать сорта пшеницы с пониженной высотой без некоторых недостатков, связанных с обычными генами полукарликовости. Открытие гена, его эффектов и точного местоположения в геноме пшеницы означает, что мы можем предоставить селекционерам идеальный генетический маркер, позволяющий им выводить более устойчивую к изменению климата пшеницу", - сказала руководитель группы Центра Джона Иннеса доктор Филиппа Боррилл, автор исследования.

Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), предполагает, что дополнительные агрономические преимущества нового гена полукарликовости могут включать более жесткие стебли, способные лучше противостоять штормовой погоде.

С 1960-х годов и "зеленой революции" гены пониженной высоты увеличили мировые урожаи пшеницы, потому что короткостебельная пшеница, которую они производят, вкладывает больше средств в зерно, а не в стебли, и обладает улучшенной способностью к стоянию.

Однако гены зеленой революции, выведенные в пшенице, также имеют существенный недостаток: когда эти сорта сажают глубже, чтобы получить доступ к влаге в условиях ограниченного увлажнения, они могут не достичь поверхности почвы.

Недавно открытый карликовый ген Rht13 устраняет эту проблему появления всходов, поскольку ген действует в тканях, расположенных выше в стебле пшеницы. Таким образом, механизм карликовости вступает в силу только после того, как саженец полностью прорастет. Это дает фермерам значительное преимущество при более глубокой посадке в засушливых условиях.

Открытие гена карликовости Rht13 стало возможным благодаря недавним достижениям в геномных исследованиях пшеницы, главным образом публикации в 2020 году Pan Genome, атласа из 15 геномов пшеницы, собранных со всего мира.

Более ранние исследования идентифицировали локус Rht13 — область ДНК - как расположенную на хромосоме 7B в геноме пшеницы, но основной ген не был идентифицирован.

В сотрудничестве с группой Вольфганга Шпильмейера из CSIRO Australia исследователи использовали секвенирование РНК и хромосом, чтобы отследить новый ген полукарлика.

Они обнаружили одноточечное мутационное изменение – изменение на одну букву в последовательности ДНК — и эта вариация в локусе Rht13 кодирует аутоактивный ген NB—LRR, связанный с защитой ген, который включен постоянно.

Эксперименты, проверяющие действие гена на ряде трансгенных растений пшеницы, подтвердили, что вариация Rht13 представляет собой новый класс генов пониженного роста, которые чаще ассоциируются с устойчивостью к болезням в отличие от широко используемых генов Зеленой революции (Rht—B1b и Rht-D1b), которые связаны с гормонами и, следовательно, влияют общий рост.

"Это захватывающее открытие, потому что оно открывает новый способ использования этих аутоактивных генов NB-LRR в селекции в сельском хозяйстве", - объясняет доктор Боррилл.

"В засушливых условиях альтернативный ген пониженной высоты позволит фермерам сеять семена на глубину — и им не придется рисковать появлением всходов. Мы думаем, что более жесткие стебли могут привести к меньшему полеганию — там, где стебли опадают, — а усиление регуляции гена карликовости, связанного с патогенами, может помочь усилить реакцию резистентности к определенным патогенам ".

Следующим шагом в этом исследовании будет проверка того, как этот ген работает в различных агрономических условиях от Великобритании до Австралии. Исследовательская группа также изучает, как работает этот механизм, и изучает гипотезу о том, что это может быть связано с молекулярными ограничениями на клеточной стенке, предотвращающими удлинение.