Nature Communications: прорыв в выращивании риса может накормить миллиарды людей на Земле

Международной команде удалось вывести коммерческий гибридный сорт риса в виде клональных семян с эффективностью 95%. Это может снизить стоимость семян гибридного риса и сделать высокоурожайные, устойчивые к болезням сорта риса доступными для фермеров с низким уровнем дохода по всему миру. Работа была опубликована в журнале Nature Communications.

Гибриды первого поколения культурных растений часто демонстрируют более высокую продуктивность, чем их родительские штаммы, это явление называется гибридной энергичностью. Однако это не сохраняется при выведении гибридов во втором поколении. Поэтому, когда фермеры хотят использовать высокопродуктивные гибридные сорта растений, им приходится каждый сезон покупать новые семена.

Рис, основная культура для половины населения мира, является относительно дорогим гибридом, который может повысить урожайность примерно на 10 %. Это означает, что преимущества гибридов риса еще не дошли до многих фермеров мира, говорит Гурдев Хуш, заслуженный доцент кафедры растениеводства Калифорнийского университета в Дэвисе. С 1967 года и до выхода на пенсию из Калифорнийского университета в Дэвисе в 2002 году он работал в Международном научно-исследовательском институте риса и возглавлял работу по выведению новых высокоурожайных сортов риса, за что в 1996 году получил Всемирную продовольственную премию.

Одним из решений может быть разведение гибридов как клонов, которые останутся идентичными из поколения в поколение без дальнейшего размножения. Многие дикие растения могут производить семена, которые являются клонами самих себя, что называется апомиксисом.

«Как только вы получите гибрид и сможете вызвать апомиксис, вы сможете сажать его каждый год», — говорит Хуш.

Однако перенос апомиксиса на крупное культурное растение оказался безуспешным.

В 2019 году команда под руководством профессора Венкатесана Сундаресана и доцента Имтияза Хандая с кафедры биологии растений и растениеводства Калифорнийского университета в Дэвисе добилась апомиксиса у растений риса, причем около 30% семян оказались клонами.

Сундаресан, Хандай и их коллеги из Франции, Германии и Ганы уже достигли 95% эффективности клонирования с использованием коммерческого гибридного штамма риса и показали, что этот процесс может продолжаться как минимум в течение трех поколений.

Одноэтапный процесс включает модификацию трех генов, называемых MiMe, которые заставляют растение переключаться с мейоза — процесса, который растения используют для производства яйцеклеток, — на митоз, при котором клетка делится на две копии самой себя. Другая модификация гена вызывает апомиксис. В результате получается семя, которое может вырасти в растение, генетически идентичное своему родителю.

По словам Хуша, этот метод позволит семенным компаниям быстрее и в больших масштабах производить гибридные семена, а также предоставлять семена, которые фермеры смогут сохранять и пересаживать из одного сезона в другой.

«Апомиксис у культурных растений является объектом глобальных исследований уже более 30 лет, потому что он может сделать производство гибридных семян доступным для всех, — поясняет Сундаресан. — Полученный в результате рост урожайности может помочь удовлетворить глобальные потребности растущего населения без необходимости увеличивать использование земли, воды и удобрений до неприемлемых уровней».

По его словам, полученные результаты могут быть применены и к другим продовольственным культурам. Рис, в частности, является генетическим материалом для других зерновых культур, включая кукурузу и пшеницу, которые вместе составляют основные продукты питания в мире.

Эксклюзивный перевод*

Фото: Nature Communications (2022).

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Имплантируемые батареи, потребляющие кислород, помогают убить рак

578 Несмотря на десятилетия исследований и десятки миллиардов долларов, потраченных на исследования и лечение во …