Период покоя семян является важным инструментом выживания растений, поскольку он позволяет им выдерживать погодные условия, не способствующие выживанию. В то же время чрезмерный покой может сократить время культивирования. В ответ фермеры часто сажают сорта риса и пшеницы с низким уровнем покоя, чтобы добиться более высоких и равномерных всходов после посева.

К сожалению, эта практика привела к нежелательной во всем мире производственной проблеме, называемой предуборочным проращиванием (PHS), что серьезно снижает как урожайность, так и качество зерна. В рисе PHS повреждает около 6% посевных площадей обычного риса и до 20% посевных площадей гибридного риса из-за длительной дождливой погоды во время сезона сбора урожая на юге Китая. В хлебной пшенице прямые экономические потери, вызванные PHS, приближаются к 1 миллиарду долларов в год.

В связи с глобальным изменением климата PHS встречается все чаще. Например, основные районы производства пшеницы, особенно районы озимой пшеницы в Средней и нижней частях долины реки Янцзы, а также долины Хуанхэ и Хуай в Китае, столкнулись с серьезными проблемами с PHS в 2013, 2015 и 2016 годах. Обильные осадки в 2016 и 2020 годах также привели к серьезным проблемам с ПГВ в районах посева риса в Средней и нижней частях долины реки Янцзы в Китае.

Стремясь решить эту проблему, исследователи во главе с профессорами. ЧУ Чэнцай и ГАО Цайся из Института генетики и биологии развития (IGDB) Китайской академии наук (CAS) недавно показали, что молекулярный модуль SD6/ICE2 контролирует состояние покоя семян риса и обладает большим потенциалом для улучшения переносимости PHS в рисе и пшенице.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Genetics.

В этом исследовании исследователи использовали набор линий замещения одного сегмента хромосомы, полученных от скрещивания сорта риса japonica со слабым состоянием покоя Nipponbare и сорта риса aus с сильным состоянием покоя Kasalath, чтобы идентифицировать ген, названный как состояние покоя семян 6 (SD6), который способствует состоянию покоя семян риса.

Исследователи обнаружили, что SD6 и его партнер по взаимодействию ICE2 антагонистически контролируют состояние покоя семян риса, регулируя гомеостаз абсцизовой кислоты (ABA). В частности, SD6 непосредственно способствует экспрессии гена катаболизма ABA8OX3 и косвенно ингибирует экспрессию гена биосинтеза ABA NCED2, в то время как ICE2 действует противоположным образом.

Температура оказывает большое влияние на силу покоя семян. Исследователи обнаружили, что молекулярный модуль SD6 /ICE2 контролирует состояние покоя семян риса в зависимости от температуры: SD6 регулируется таким образом, чтобы вызвать прорастание семян при комнатной температуре. Однако при низкой температуре SD6 регулируется в пониженном режиме, в то время как ICE2 регулируется в повышенном для поддержания покоя семян.

Отредактировав SD6 у трех сортов риса, T619, Wu27 и Huai5, исследователи обнаружили, что редактирование гена SD6 может быть быстрой и полезной стратегией для улучшения устойчивости риса к PHS. Интересно, что редактирование гена TaSD6 у сорта пшеницы Kenong199 также значительно улучшило устойчивость пшеницы к PHS, указывая на то, что ген SD6 функционально консервативен в контроле покоя семян как у риса, так и у пшеницы.

Таким образом, SD6 и ICE2 регулируют период покоя семян путем точной настройки содержания ABA в семенах в зависимости от температуры. Таким образом, они помогают семенам преодолеть естественные сезонные изменения и обеспечить успешное размножение. По этой причине SD6 может быть мощной мишенью для повышения устойчивости зерновых культур к PHS в полевых условиях.