Рис служит основным продуктом питания для более чем половины населения планеты. На фоне роста численности населения и сокращения площади пахотных земель обеспечение продовольственной безопасности напрямую зависит от повышения урожайности этой культуры. Одним из ключевых инструментов решения этой задачи является использование гибридного риса, который сочетает полезные свойства родительских линий, обеспечивая высокую скорость роста, устойчивость к стрессовым факторам и повышенную продуктивность. Тем не менее производство семян таких гибридов до сих пор оставалось трудоемким и дорогостоящим процессом. Основная сложность заключалась в необходимости вручную подрезать верхние, так называемые флаговые листья растений для облегчения перекрестного опыления. Эта процедура требует привлечения большого объема ручного труда и нередко приводит к повреждению метелок риса.
Специалисты Института исследований риса Аньхойской академии сельскохозяйственных наук совместно с Ключевой лабораторией инноваций рисового зародышевого плазмы и молекулярного улучшения нашли способ исключить этап ручной обрезки. Результаты их работы опубликованы в научном издании «Journal of Integrative Agriculture». Исследователи вывели новую линию риса, используя мутантный штамм ym66, полученный методом радиационного мутагенеза из сорта индика 93-11. Генетические изменения позволили получить растения, которые не требуют искусственного удаления листьев для успешного опыления.
Флаговые листья мутантного риса ym66 оказались примерно на 80% короче и на 85% уже, чем у стандартных сортов. Кроме того, они отличаются повышенной жесткостью, меньшим количеством проводящих пучков и измененной внутренней клеточной структурой. В сочетании с укороченными междоузлиями и более компактными метелками это формирует плотную архитектуру растения, оптимальную для промышленного семеноводства. Генетическое картирование и секвенирование показали, что данные особенности вызваны вставкой шести пар нуклеотидов в первый экзон гена OsGATA15. Ученые подтвердили эту взаимосвязь с помощью технологии геномного редактирования CRISPR-Cas9: подавление активности указанного гена приводило к уменьшению размера листьев, а его избыточная экспрессия возвращала растению исходную форму.
На основе мутанта ym66 селекционеры создали линию-восстановитель фертильности NP27, унаследовавшую короткие и узкие флаговые листья. Помимо измененной морфологии, линия NP27 демонстрирует улучшенные агрономические характеристики, включая увеличенную массу зерна, утолщенный стебель и высокую жизнеспособность пыльцы. Подобное сочетание признаков гарантирует стабильное производство гибридных семян без ущерба для репродуктивной функции и общего состояния растений.
В ходе полевых испытаний с использованием стерильных линий 1892s и 20y394 урожайность при использовании отцовской линии NP27 соответствовала показателям, достигаемым при традиционной ручной обрезке листьев. Новая технология позволяет снизить производственные затраты в среднем на 150–180 китайских юаней на один му (около 0,067 гектара). Первое поколение гибридов, полученных на основе NP27, также показало улучшенную структуру растений и высокое качество зерна. По мнению авторов исследования, внедрение этой методики позволит снизить себестоимость производства семян гибридного риса и сократить долю тяжелого физического труда в сельском хозяйстве, что имеет важное значение для продовольственного сектора развивающихся стран.