Ученые научились устранять половину всего генома сельхозкультур
Основной механизм устранения половины генома растения показывает новое исследование, проведенное биологами из Калифорнийского университета в Дэвисе, его результаты опубликованы 19 ноября в журнале Science Advances.
Селекция растений с генами только от одного родителя может способствовать более легкому и быстрому выведению сельскохозяйственных культур с желательными признаками, такими как устойчивость к болезням.
Работа ученых основана на открытии, сделанном более десяти лет назад Саймоном Чаном, доцентом биологии растений в колледже биологических наук Калифорнийского университета в Дэвисе, и его коллегами.
Растения, как и другие половые организмы, наследуют соответствующий набор хромосом от каждого родителя. Чтобы передать благоприятный признак, такой как устойчивость к вредителям или засухе, всему их потомству, растение должно иметь один и тот же генетический вариант на каждой хромосоме. Но создание растений, которые «воспроизводят истинный вид» таким образом, может потребовать скрещивания нескольких поколений.
В 2010 году Чан и научный сотрудник Рави Марутачалам по счастливой случайности обнаружили способ устранить генетический вклад одного из родителей при выращивании лабораторного растения арабидопсис. Они модифицировали белок под названием CENH3, обнаруженный в центромере — структуре в центре хромосомы. Когда они попытались скрестить арабидопсис дикого типа с растениями с модифицированным CENH3, они получили растения с половиной от нормального числа хромосом. Часть генома одного родительского растения была удалена для создания гаплоидного растения.
Эта работа была опубликована в журнале Nature в марте 2010 года, что послужило началом усилий по достижению такого же результата для сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, пшеница и томаты.
Но копирование точной стратегии Чана на других культурах до сих пор оказывалось бесплодным. «Механистическая основа эффектов CENH3 на индукцию гаплоидов была загадочной», — сказал профессор Лука Комай из Центра биологии растений и генома Калифорнийского университета в Дэвисе. По его словам, для каждого вида существуют разные правила.
Но ученым удалось разгадать большую часть этой тайны. Они обнаружили, что при изменении белка CENH3 он удаляется из ДНК в яйце перед оплодотворением, ослабляя центромеру.
«В последующих эмбриональных делениях центромеры, обедненные CENH3, внесенные яйцеклеткой, не могут конкурировать с богатыми CENH3 центромерами, внесенными спермой, и женский геном удаляется», — сказал Комай.
Открытие того, что любое избирательное истощение CENH3 вызывает слабость центромеры, объясняет первоначальные результаты исследования Чана, а также новые результаты других лабораторий по пшенице и кукурузе, сказал Комай. Это новое знание должно значительно облегчить создание гаплоидов сельскохозяйственных растений, заявил ученый.
Отметим, что в реалиях современного рынка семян сельскохозяйственных культур важна скорость создания новых и продуктивных сортов, которые будут отвечать более жестким требованиям потенциальных покупателей. По мнению ученых, описанная технология предоставляет селекционерам возможность выведения материала с четко заданными характеристиками.
