Рис, основной продукт питания для более чем половины населения мира, долгое время оставался объектом пристального внимания ученых из-за такого сложного свойства, как «меловость» зерна. Это явление, проявляющееся в виде белых, непрозрачных пятен на рисинках, значительно ухудшает их внешний вид, эффективность переработки и, как следствие, рыночную стоимость. Новое исследование, опубликованное в журнале «Science China Life Sciences» командой под руководством Чжэн-И Сюя из Северо-Восточного педагогического университета, раскрывает сложную генетическую систему, лежащую в основе этой проблемы.
«Меловость» возникает из-за неплотной укладки гранул крахмала в эндосперме зерна, что приводит к образованию воздушных пространств. Несмотря на масштаб проблемы, ее точная генетическая природа оставалась загадкой. Ученые из Китая смогли определить ключевой регуляторный механизм, в центре которого находятся два гена — «OsMADS18» и «OsbZIP60». Их совместная работа действует как главный переключатель, контролирующий формирование качественного зерна.
Исследователи выяснили, что ген «OsMADS18» выступает в роли своего рода «дирижера», который напрямую влияет на активность целого ряда генов, связанных с «меловостью». В свою очередь, он взаимодействует с белком, кодируемым геном «OsbZIP60», который помогает тонко настраивать эти процессы. Генетический анализ показал, что «OsbZIP60» действует после «OsMADS18» в этой сложной иерархии, и их тандем является решающим для контроля качества зерна.
Особенно важным открытием стала связь этого механизма с устойчивостью риса к стрессовым условиям, в частности, к высоким температурам, которые все чаще наблюдаются из-за изменения климата. Оказалось, что ген «OsMADS18» не только борется с «меловостью», но и активирует защитные реакции в растении, помогая ему справляться с тепловым стрессом. Он регулирует гены так называемого «ответа на несвернутые белки» (UPR), которые поддерживают стабильность клеточных структур при перегреве. Таким образом, природа создала единый механизм, отвечающий и за качество урожая, и за его выживаемость.
Это открытие переосмысливает «меловость» не просто как дефект, а как результат нарушения слаженной работы генетической сети. Полученные данные открывают путь для создания новых сортов риса с помощью точного земледелия и генной инженерии. Используя такие технологии, как CRISPR/Cas9, можно будет «отредактировать» ключевые гены, чтобы получить рис с минимальной «меловостью», повышенной урожайностью и питательной ценностью, а также устойчивостью к неблагоприятным погодным условиям.
На фоне роста мирового спроса на продовольствие и ускорения климатических изменений, обеспечение стабильного производства высококачественного риса становится первоочередной задачей. Работа китайских ученых предоставляет важнейшую основу для разработки сортов риса нового поколения, способных адаптироваться к вызовам будущего и удовлетворять запросы потребителей по всему миру. Этот генетический модуль становится ключевой мишенью для дальнейших исследований и практического улучшения одной из главных сельскохозяйственных культур планеты.