Исследователи идентифицируют ген, важный для адаптации, и определяют, что корни являются ключом к засухоустойчивой кукурузе.

Важные новости

Исследователи идентифицируют ген, важный для адаптации, и определяют, что корни являются ключом к засухоустойчивости кукурузы

Три разных растения кукурузы после засухи и последующего повторного орошения. У двух растений справа был отключен ген, в результате чего растет меньше семенных корней и больше боковых корней. Они значительно лучше восстановились после периода засухи, чем растение с интактным геном (слева). Фото: AG Hochholdinger/Uni Bonn

Международное исследование, проведенное Боннским университетом, теперь продемонстрировало важную роль корневой системы кукурузы, культуры, которая может успешно расти в самых разных местных условиях.

В ходе исследования исследователи проанализировали больше более 9000 сортов и смогли показать, что их корни значительно различаются – в зависимости от того, насколько засушливым является место, где выращивался каждый сорт.

Они также смогли идентифицировать важный ген, который играет роль в развитии растения. способность адаптироваться. Этот ген может стать ключом к созданию сортов кукурузы, которые лучше справляются с изменением климата.

Эти результаты были недавно опубликованы в журнале Nature Genetics.

Это кустистое растение с сильно разветвленными стеблями. Из пазух удлиненных листьев растут початки длиной с палец, и каждый из них состоит из дюжины твердых, как камень, семян. Нужно очень внимательно присмотреться, чтобы распознать родство с одним из самых важных культурных растений в мире. И все же все эксперты сходятся во мнении, что род teosinte является предковой формой всех современных сортов кукурузы.

Фермеры на юго-западе Мексики начали отбирать потомство растений теосинте, которые давали больше всего зерна и самые вкусные зерна, более 9000 лет назад. Таким способом выращивали современные культуры кукурузы на протяжении многих поколений, и теперь кукурузу выращивают на всех континентах.

«Мы знаем, что за это время внешний вид растений значительно изменился, и, например, початки стали намного крупнее и плодовитее», — объясняет профессор доктор Франк Хоххолдингер из Института растениеводства и сохранения ресурсов (INRES) в Боннский университет.

«Однако до сих пор относительно мало известно о том, как развивалась корневая система в этот период одомашнивания и после него».

Исследователи идентифицируют ген, важный для адаптации и определить, что корни являются ключом к засухоустойчивой кукурузе

Чем засушливее регион, тем меньше семенных корней в среднем имели сорта кукурузы, возделываемые там (черный рисунок; на круговой диаграмме показана доля сортов с до одним семенным корнем — желтым, до трех семенных корней — зеленым и более три семенных корня (синий цвет). Фото: А.Г. Хоххолдингер/Боннский университет

Корни в бумажных сигарах

Теперь ситуация изменилась благодаря новому исследованию. За последние восемь лет участвующие исследовательские группы исследовали около 9000 сортов кукурузы и 170 сортов теозинта по всему миру. Исследователи собрали семена и поместили их на специальную коричневую бумагу, которую затем свернули в форме сигары и хранили вертикально в узких стеклянных стаканах.

«Примерно через 14 дней после прорастания мы развернули бумагу, чтобы можно было наблюдайте за ранним развитием корней без вмешательства прилипшей к ним почвы», — говорит Хоххолдингер.

В сотрудничестве с исследовательской группой, возглавляемой доктором Робертом Коллером (Forschungszentrum Jülich), исследователи также изучали рост корней в почве. Для этой цели они использовали метод, более известный из области медицины — магнитно-резонансную томографию.

Результаты показали, как радикально изменилась структура корня при приручении теозинта к культурной кукурузе.

Результаты показали, как радикально изменилась структура корня во время приручения теозинта к культурной кукурузе.

Результаты показали, как радикально изменилась структура корня во время приручения теозинта к культурной кукурузе.

Результаты показали, как радикально изменилась структура корня.

р> <р>«У сортов кукурузы мы часто обнаруживаем семенные корни вскоре после прорастания — у некоторых сортов таких корней может достигать 10 или более», — объясняет доктор Пэн Юй, руководитель исследовательской группы Эмми Нётер в INRES и недавно принял предложение стать профессором Мюнхенского технического университета. «Это не тот случай с теозинтом».

Семенные корни дают саженцам первоначальное преимущество в оптимальных условиях: они позволяют им очень быстро поглощать большое количество питательных веществ из почвы. «Однако мы заметили, что в результате страдает другой тип корней — боковые корни», — говорит Ю.

Боковые корни особенно важны для поглощения воды, поскольку они значительно увеличивают поверхность корня. Вероятно, это причина того, что количество семенных корней значительно варьируется в зависимости от сорта: сорта кукурузы, адаптировавшиеся к засушливым условиям, имеют значительно меньше семенных корней и больше боковых корней. При выведении этих сортов фермеры в прошлом неосознанно отбирали растения, которые привели к развитию такой корневой структуры.

Идентифицировано 160 генов-кандидатов

Исследователи также изучили, какой генетический материал отвечает за рост семенных корней, и смогли идентифицировать более 160 генов-кандидатов. «Затем мы более подробно изучили один из этих генов, названный ZmHb77», — говорит Хоххолдингер. «Мы заметили, что у растений с этим геном выросло больше семенных корней и в то же время меньше боковых корней».

Исследователи намеренно отключили этот ген у некоторых растений и смогли изменить структуру корня так, чтобы они могли лучше переносят периоды засухи. «Таким образом, этот ген важен для выведения сортов, устойчивых к засухе», — объясняет исследователь. «Ввиду изменения климата эти сорта будут приобретать все большее значение, если мы хотим избежать все большего числа неурожаев в будущем».

Дополнительная информация: > Пэн Ю и др., Адаптация корневой системы рассады к доступности воды во время одомашнивания кукурузы и глобальной экспансии, Nature Genetics (2024). DOI: 10.1038/s41588-024-01761-3

Информация журнала: Nature Genetics

Предоставлено Боннским университетом

Новости сегодня

Последние новости