Группа ученых из Китая и США обнаружила ранее неизвестный ген мужской стерильности у ячменя (Hordeum vulgare L.), что открывает новые возможности для селекции высокоурожайных гибридов этой культуры. Результаты исследования, опубликованные в журнале Journal of Integrative Agriculture, могут существенно упростить производство гибридных семян. Ячмень занимает четвертое место в мире среди зерновых культур по объемам выращивания, являясь основой для производства кормов в животноводстве и сырья для пивоваренной промышленности.
Повышение урожайности ячменя традиционными методами селекции долгое время оставалось сложной задачей из-за сложной генетической структуры растения. Использование эффекта гетерозиса, при котором гибриды первого поколения превосходят родительские сорта по продуктивности и жизнеспособности, сдерживалось отсутствием эффективных механизмов контроля опыления. Для создания коммерческих гибридов селекционерам необходимы надежные линии с мужской стерильностью, которые исключают самоопыление и позволяют проводить контролируемое скрещивание без трудоемкого ручного удаления пыльников.
В ходе работы исследователи из Шаньдунского сельскохозяйственного университета совместно с американскими коллегами изучили популяцию мутантного ячменя, полученную на основе коммерческого сорта «Тамалпаис». В результате скрининга был выявлен мутант N13401, полностью лишенный жизнеспособной пыльцы. Чтобы локализовать ген, ответственный за этот признак, ученые применили метод секвенирования РНК в сочетании с классическим генетическим картированием.
Основной проблемой при поиске гена стало генетическое однообразие культурного ячменя – следствие многовекового одомашнивания. Из-за отсутствия достаточного количества полиморфных маркеров ученые не могли точно определить положение гена на хромосоме. Для преодоления этого ограничения авторы работы скрестили мутантную линию с дикорастущим ячменем, сохранившим высокое генетическое разнообразие. Полученное гибридное поколение позволило сузить область поиска гена msgN13401 до небольшого интервала на хромосоме 2H.
Внутри выявленного участка генома исследователи обнаружили три гена-кандидата, которые могут отвечать за регуляцию биосинтеза пролина, связывание ДНК или транспорт металлов в вакуолях. Ни один из этих генов ранее не связывали с мужской стерильностью растений. По мнению авторов исследования, понимание механизмов работы этих генов позволит не только оптимизировать селекционный процесс, но и углубить знания о репродуктивной биологии злаков, в частности о накоплении крахмала в пыльцевых зернах.
Внедрение нового генетического инструмента в селекционные программы позволит ускорить создание гибридных сортов ячменя с повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам среды и более высокой урожайностью. В условиях растущего глобального спроса на продовольствие и корма подобные технологии могут стать фактором обеспечения продовольственной безопасности и адаптации сельского хозяйства к климатическим изменениям.