Китайские генетики выявили ген, который контролирует угол роста верхних листьев риса – ключевой параметр для урожайности. Открытие позволит выводить сорта с более компактной структурой посевов, которые эффективнее поглощают солнечный свет и в итоге дают больше зерна. Результаты исследования опубликованы в журнале BMC Plant Biology.
Угол, под которым растут три верхних листа риса, определяет, сколько света получит всё растение. Если листья растут более вертикально, солнечные лучи проникают глубже, достигая нижних ярусов. Это повышает общую эффективность фотосинтеза в густых посевах. Широко раскинутые листья, наоборот, затеняют нижнюю часть стебля, что снижает потенциальную урожайность. Селекционеры десятилетиями работают над созданием сортов с «идеальной архитектурой», и новое открытие может ускорить этот процесс.
Чтобы найти гены, отвечающие за эту характеристику, исследователи из Аньхойского аграрного университета в городе Хэфэй проанализировали 437 различных сортов риса. Сопоставив данные об угле роста листьев с генетическим анализом более 3 млн маркеров, ученые выявили 44 участка генома, связанных с этим признаком, причем 36 из них были обнаружены впервые. Наибольший интерес вызвал ген на девятой хромосоме, получивший название FLBOA9.
Его функцию подтвердили с помощью технологии редактирования генома CRISPR/Cas9. Ученые «отключили» этот ген в нескольких растениях и сравнили их с контрольной группой. У риса с неактивным геном FLBOA9 листья стали расти заметно вертикальнее. Это показало, что ген действует как негативный регулятор: в обычном состоянии он способствует более широкому углу роста листьев, а его подавление приводит к нужному для аграриев результату.
Исследователи также смоделировали, как можно объединить преимущества FLBOA9 с тремя другими известными генами, влияющими на структуру растения. Компьютерный прогноз показал, что гибрид, сочетающий лучшие версии всех четырех генов, будет обладать еще более компактной и эффективной формой, недостижимой при работе только с одним геном.
Это открытие напрямую связано с вопросами продовольственной безопасности, поскольку рис – основной продукт питания для более чем половины населения мира. Создание сортов с оптимальной структурой посевов продолжает идеи «Зеленой революции», когда урожайность удалось резко повысить за счет выведения полукарликовых растений с прямостоячими листьями. Новые генетические инструменты позволяют делать это более целенаправленно и быстро, используя естественные вариации генов, уже существующие в природе.