Гены, отвечающие за размер зерна сорго, во многом определяют и продолжительность его налива. К такому выводу пришла международная группа исследователей по итогам первого и самого масштабного на сегодня полногеномного анализа этой засухоустойчивой культуры. Открытие, опубликованное в журнале Theoretical and Applied Genetics, может изменить подходы к селекции сорго – одной из ключевых зерновых культур для сотен миллионов человек в Африке, Азии и Америке.
Период налива – это время между цветением и созреванием, когда зерно накапливает крахмал и белки. От скорости и длительности этого процесса зависит итоговый размер зерна, а значит, и урожайность. Ранее на примере кукурузы было доказано, что увеличение периода налива привело к росту массы зерен. Однако оставалось неясным, есть ли у сорго достаточная генетическая изменчивость по этому признаку, чтобы селекционеры могли с ним работать.
Ученые из Университета Квинсленда под руководством Дэниела Отуани изучили 904 генотипа сорго, представляющих все основные расовые группы. Эксперименты проводили в двух исследовательских центрах в Австралии в течение двух сезонов. Продолжительность налива измеряли не в днях, а в тепловых единицах (градусо-днях), чтобы исключить влияние погодных различий. Анализ показал, что этот признак варьируется в широких пределах и имеет умеренную наследуемость, что делает его пригодным для селекции.
Особенно ценным оказалось то, что более длительный налив зерна связан с увеличением его массы, но не влияет на время цветения. Это позволяет селекционерам получать более крупное зерно, не сдвигая общие сроки вегетации культуры. Наиболее продолжительным периодом налива стабильно отличалась гвинейская расовая группа сорго.
Генетический анализ выявил 86 уникальных участков генома, связанных с продолжительностью налива зерна. Два из них, на первой и седьмой хромосомах, ранее уже были идентифицированы как центры, контролирующие размер и массу зерна. Оказалось, что почти все генетические маркеры, влияющие на длительность налива, одновременно влияют и на вес зерна. Самый сильный из найденных маркеров увеличивал период налива на 51 градусо-день (около трех календарных дней) и повышал массу тысячи семян на 10 граммов.
Исследование также принесло неожиданный результат: большинство генов, определяющих продолжительность налива, активны не в сам этот период, а непосредственно до и сразу после опыления. Это говорит о том, что длительность процесса «программируется» на самых ранних стадиях развития, а не регулируется по ходу созревания. Результаты опровергают прежние представления о физиологии зерновых культур.
Для селекционеров выводы имеют прямое прикладное значение. Современные коммерческие гибриды сорго имеют ограниченную генетическую базу. Теперь для её расширения можно использовать гвинейскую и азиатскую (дурра) расовые группы как источник генов, отвечающих за более долгий налив. Это открывает путь к повышению урожайности без компромиссов между размером зерна и его количеством.