Nature Plants: для ускоренного размножения растений используются генетические мутации

Исследователи из Университета штата Айова, возможно, решили давнюю проблему, связанную с ускоренным развитием чистых генетических линий.

Использование «удвоенной гаплоидной» (DH) генетики стало одной из основных технологий, лежащих в основе современной селекции кукурузы. Однако технология DH имеет как проблемы, так и преимущества. Во-первых, это требует создания «гаплоидных» растений, которые несут только один материнский геном. Затем единственный геном гаплоидного растения удваивается с помощью химического процесса, который ускоряет развитие генетически чистых инбредных линий.

Одним из основных недостатков технологии DH является то, что гаплоидные мужские цветки обычно стерильны. Эта проблема требует воздействия на саженцы токсичного химического вещества колхицина, который стимулирует удвоение генома и возвращает плодовитость мужским цветкам. Процесс трудоемкий и дорогостоящий.

Исследование, опубликованное недавно в Nature Plants, делится новостями об обнаруженной учеными мутации, которая восстанавливает мужскую фертильность у гаплоидов без использования колхицина. Работа проводилась Сиддиком И. Абубакер, ученый-исследователь в области агрономии, с Томасом Любберстедтом, заведующим кафедрой агрономии Фрея и директором Центра селекции растений имени Раймонда Ф. Бейкера, и бывшим аспирантом по агрономии Лимин Чжоу.

Они продемонстрировали, что использование мутаций, которые изменяют положение веретенообразного механизма во время фазы размножения растений, известной как мейоз, может восстановить мужскую фертильность гаплоидных растений.

Веретенообразный механизм помогает поддерживать деление клеток на должном уровне. Во время нормального мейоза у обычных «диплоидных» растений, содержащих два набора хромосом, веретена расположены перпендикулярно парам, которые легко выстраиваются в линию. У гаплоидных растений хромосомы неравномерно распределены во время деления клеток, что приводит к высокому уровню бесплодия на следующих этапах размножения.

Ученые выдвинули гипотезу, что набор генетических аномалий растений, известных как параллельные веретенообразные мутанты или «ps мутанты», которые меняют веретена на параллельное, а не перпендикулярное положение во время мейоза, может улучшить мужскую фертильность у гаплоидов. Они проверили идею на Arabidopsis thaliana, модельном исследовательском растении, часто используемом в качестве предшественника для выращивания кукурузы и нескольких других видов сельскохозяйственных культур.

Это сработало — гаплоидные мутантные растения выросли, и большинство из них были плодовитыми. Результаты подтверждают идею о том, что неравномерный состав волокон веретена во время критической фазы мейоза у гаплоидных самцов можно преодолеть, используя тенденцию мутантов вызывать более горизонтальное формирование веретена.

«Использование этой мутации для преодоления проблемы мужской фертильности у гаплоидных растений имеет большие перспективы для преодоления ресурсоемких протоколов, существующих в настоящее время для методов искусственного (химического) удвоения генома для получения линий DH», — отмечает Любберстедт.

Любберстедт и Абубакер считают, что выявленные ими полезные мутации могут быть применены — с некоторыми изменениями — к кукурузе и другим культурам. Изучение этого потенциала является одним из следующих проектов на их горизонте.

Эксклюзивный перевод*

Фото: Nature Plants (2023)

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

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