Ученые из Китая установили генетические причины, по которым зерна в одном колосе ячменя часто различаются по размеру и весу. Исследование показало, что неравномерность вызвана конкуренцией зерен за углерод на стадии налива, что напрямую влияет на урожайность и качество сырья, особенно в пивоваренной промышленности.
Агрономы давно отмечали, что зерна в верхней и нижней частях колоса могут сильно отличаться, но молекулярные механизмы этого явления оставались неясны. Неоднородность зерна создает проблемы при оценке урожая и, что важнее, в процессе соложения, так как зерна разного размера прорастают с разной скоростью. Группа ученых из Университета Янчжоу и Тибетской академии сельскохозяйственных наук провела комплексное исследование, чтобы найти генетическую основу этой проблемы.
Исследователи проанализировали геномы 334 сортов ячменя и выявили шесть участков на четырех хромосомах, которые влияют на однородность зерна. Затем они детально сравнили два сорта с противоположными характеристиками: один – с очень ровными зернами, другой – с заметной разницей в их размере. Анализ показал, что на стадии налива в неоднородном сорте активность более 3,3 тыс. генов у зерен в разных частях колоса различалась. В то же время у сорта с равномерным зерном расхождения затронули лишь 222 гена.
Как выяснилось, ключевые различия сосредоточены в генах, отвечающих за три взаимосвязанных процесса: синтез крахмала, транспортировку сахаров и передачу сигналов с помощью молекулы трегалозо-6-фосфата (Т6Ф). Эта молекула играет роль регулятора, информируя ткани растения о доступности углерода. Фактически в колосе возникает иерархия: зерна, которые активнее захватывают сахара, поступающие из листьев, и перерабатывают их в крахмал, вырастают крупными, а остальные остаются недоразвитыми.
На основе полученных данных ученые уже разработали генетический маркер. Он позволяет селекционерам с помощью простого ДНК-теста быстро отбирать растения ячменя, которые способны формировать выровненное по размеру зерно. Эта технология может значительно ускорить создание новых сортов с более стабильными урожаями и качественными характеристиками. Результаты исследования, опубликованные в журнале Theoretical and Applied Genetics, также могут быть применимы для улучшения других злаковых культур, например пшеницы и риса, где существует схожая проблема.