Немецкие ученые разработали генетический инструмент для селекции кукурузы, устойчивой к засухе и жаре. Исследователи из Технического университета Мюнхена и семеноводческой компании KWS картировали 22 участка генома, которые отвечают за урожайность в стрессовых условиях. Они также показали, что для отбора наиболее выносливых и продуктивных растений селекционеры могут использовать два простых визуальных признака – скорость увядания и степень скручивания листьев.
В основе работы лежит анализ так называемой MAGIC-популяции из 388 линий кукурузы. Их получили, скрещивая восемь генетически различных родительских сортов на протяжении нескольких поколений. В результате геном каждой новой линии стал мозаикой, собранной из фрагментов ДНК всех восьми «основателей». Такой подход в сочетании с недорогим методом секвенирования генома позволяет с высокой точностью выявлять нужные гены.
Новые линии с 2020 по 2023 год испытывали в полевых условиях в 21 локации на территории Германии, Венгрии и Италии. Ученые оценивали урожайность и отслеживали, как растения реагируют на неблагоприятные погодные условия. Например, в 2021 году в Венгрии из-за сильной жары и дефицита влаги урожайность на одном из опытных полей упала на 32% по сравнению с участком, где применяли полив.
Генетический анализ позволил выявить 22 ключевых участка генома, которые в совокупности объясняют 45% наследственных различий в урожайности. Пять из этих участков стабильно влияют на продуктивность растений в любых условиях, тогда как остальные 17 проявляют себя только в стрессовой среде – при нехватке воды или высоких температурах.
Исследование подтвердило, что самые урожайные в условиях засухи растения можно определить визуально. Их листья дольше остаются зелеными и меньше скручиваются от жары. Эти признаки оказались надежными индикаторами стрессоустойчивости. По мнению ученых, их можно использовать для совершенствования моделей геномного прогнозирования, что позволит точнее отбирать перспективные линии для селекции. В будущем оценивать эти параметры в промышленных масштабах можно будет с помощью беспилотников.
Авторы исследования отмечают, что созданная ими генетическая база и предложенная методология ускорят выведение новых сортов сельскохозяйственных культур. Это поможет адаптировать европейское сельское хозяйство к растущей климатической нестабильности и сохранить продуктивность полей.