Исследователи под руководством доктора Цзяо Юлин из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук вместе с сотрудниками из Пекинского университета обнаружили, что редактирование генов фактора транскрипции APETALA2/этилен-чувствительный фактор (AP2/ERF), DUO1 , может значительно повысить урожайность зерна пшеницы. Результаты были опубликованы в журнале Nature Plants .
«Открытие этого гена обеспечивает превосходную аллельную вариацию для повышения урожайности пшеницы и имеет положительное значение для преодоления кризиса продовольственной безопасности», — сказал профессор Скотт Боден, исследователь пшеницы из Университета Аделаиды, Австралия.
Люди модифицировали и одомашнивали естественные растения и животных для человеческих нужд и развития на протяжении десятков тысяч лет. Пшеница, один из самых важных пищевых рационов, представляет собой инбредную культуру с низким генетическим разнообразием и уникальными эволюционными ограничениями. Прокормить растущее население – огромная проблема. Поэтому необходимо создавать новые аллели и идентифицировать новые локусы у пшеницы для дальнейшего улучшения показателей урожайности зерна.
Колос пшеницы представляет собой сложный колос с несколькими осевыми узлами, несущими колосок в основании каждого узла. Количество колосков значимо и положительно коррелирует с количеством зерен. Поэтому анализ ключевых генов , влияющих на количество колосков, имеет большое теоретическое и практическое значение для повышения урожайности зерна пшеницы.
В этом исследовании исследователи использовали мутантные линии колосков Brachypodium distachyon в качестве средства исследования генов, регулирующих количество колосков у пшеницы.
Они идентифицировали мутантную вставку Т-ДНК Brachypodium distachyon, bdduo1, которая демонстрирует увеличенное количество колосков на шип. Они дополнительно прояснили роль BdDUO1 в регуляции формы шипов у Brachypodium distachyon с помощью серии генетических тестов.
Затем исследователи искусственно отредактировали ген пшеницы с помощью технологии CRISPR/Cas9. Они обнаружили, что колоски в нижней средней части шипов демонстрируют мультиколосковой фенотип (2–3 колоска в основании каждого узла позвоночника) у мутантов с отредактированными генами. Живая визуализация выявила больше и более крупные клетки в базальных зачатках колосков мутантной пшеницы по сравнению с диким типом, что позволяет предположить, что ген регулирует деление клеток.
Во время экспериментов с урожайностью в полевых условиях исследователи также обнаружили, что мутантная пшеница с отредактированным геномом имела значительно больше зерен на колос по сравнению с диким типом, тем самым увеличивая урожайность на единицу площади.