Биологи из Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева, Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН и ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАН оценили устойчивость различных сортов гибрида пшеницы и пырея к предуборочному прорастанию и нашли связанный с ней ген. Исследование поможет вывести новые сорта, зерна которых не будут прорастать в колосе, и получать более высокие урожаи. Результаты работы опубликованы в журнале PLOS ONE. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).
Уборку урожая и переработку пшеницы значительно осложняет предуборочное прорастание: если зрелые зерна оказываются во влажной среде (из-за сильных дождей, тумана или обильной росы), то они могут начать прорастать в колосьях, а это снижает качество зерна и муки. С этой проблемой сталкиваются и те, кто работает с гибридами пшеницы и злакового растения пырея. Эти гибриды многолетние, живущие более двух лет, что дает экономические преимущества, но пока они не могут конкурировать с обычной пшеницей в том числе и потому, что подвержены предуборочному прорастанию.
Авторы исследования сравнили свойства 87 гибридов пшеницы и пырея, выведенных в Главном ботаническом саду им. Н.В. Цицина РАН, изучали растения на устойчивость к предуборочному прорастанию. Для этого ученые создавали идеальные условия для прорастания зерен. Гибриды выращивали в поле, а в период созревания зерна собирали и помещали в специальные влажные камеры в помещении лаборатории. За прорастанием зерен ученые наблюдали в течение месяца, их интересовало, с какой вероятностью и как быстро будут прорастать различные сорта. Количество проросших зерен считали в течение первых семи дней после помещения в камеру.
Более ранние исследования показали, что устойчивость к предуборочному прорастанию связана с различными вариациями гена Viviparous-1 (Vp-1), регулирующего также поздние этапы развития эмбриона у кукурузы, однако, для пшенично-пырейных гибридов эту связь не исследовали. Авторы работы клонировали ген у дикорастущих сородичей пшеницы, секвенировали (прочитали последовательность его составных частей) и изучали варианты этого гена у пшенично-пырейных гибридов. Они выделили четыре генетических вариации: ThVp-1a (встретилась у 41% растений), ThVp-1b (13%), ThVp-1c (29%) и ThVp-1d (15%). Последняя их них у гибридов давала значительно большую устойчивость к прорастанию, чем остальные.
«Эти данные можно использовать для переноса гена обычными методами селекции в пшеницу, то есть создавать сорта обычной пшеницы, устойчивые к предуборочному прорастанию, используя генетический потенциал дикорастущих сородичей», – рассказал один из авторов работы, руководитель Центра молекулярной биотехнологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева Геннадий Карлов. Подобные методы применяются для выведения сортов пшеницы, устойчивых к различным болезням и неблагоприятным условиям среды.
Также результаты исследования можно использовать при выведении сортов многолетней пшеницы (обычно это пшенично-пырейные гибриды) и повышении ее конкурентоспособности по сравнению с обычной пшеницей.