Nature Communications: клон риса позволит накормить миллиарды людей на Земле

Международной команде удалось размножить коммерческий гибридный сорт риса в виде клона через семена с эффективностью 95 процентов. Это может снизить стоимость гибридных семян риса, сделав высокоурожайные, устойчивые к болезням сорта риса доступными для фермеров с низким доходом во всем мире. Работа была опубликована в Nature Communications.

Гибриды сельскохозяйственных культур первого поколения часто демонстрируют более высокую производительность, чем их родительские штаммы, явление, называемое гибридной силой. Но если гибриды скрещиваются для второго поколения, производительность падает. Поэтому, когда фермеры хотят использовать высокопроизводительные гибридные сорта растений, им необходимо каждый сезон покупать новые семена.

Рис, основная культура для половины населения земного шара, является относительно дорогостоящим для выращивания в качестве гибрида для повышения урожайности примерно на 10 процентов. Это означает, что преимущества гибридов риса еще не дошли до многих фермеров мира. Об этом сообщил Гурдев Хуш, почетный адъюнкт-профессор кафедры растениеводства Калифорнийского университета в Дэвисе. Работая в Международном научно-исследовательском институте риса с 1967 года до выхода на пенсию в Калифорнийском университете в Дэвисе в 2002 году, Кхуш руководил усилиями по созданию новых высокоурожайных сортов риса, за эту работу он получил Всемирную продовольственную премию в 1996 году.

Одним из решений этой проблемы было бы разведение гибридов в виде клонов, которые оставались бы идентичными от поколения к поколению без дальнейшего размножения. Многие дикие растения могут производить семена, которые являются клонами самих себя, этот процесс называется апомиксис.

Если у вас есть гибрид, если вы можете вызвать апомиксис, вы можете сажать его каждый год,

сказал Кхуш.

Однако оказалось трудно добиться переноса апомиксиса на основные сельскохозяйственные растения. В 2019 году группа под руководством профессора Венкатесана Сундаресана и доцента Имтияза Кхандея с факультетов биологии растений и растениеводства Калифорнийского университета в Дэвисе добилась апомиксиса на растениях риса, при этом около 30 процентов семян являются клонами.

Сундаресан, Хандай и его коллеги из Франции, Германии и Ганы достигли 95-процентной эффективности клонирования, используя коммерческий гибридный сорт риса, и показали, что этот процесс может поддерживаться как минимум в трех поколениях.

Одноэтапный процесс включает в себя модификацию трех генов, называемых MiMe, которые заставляют растение переключаться с мейоза, процесса, который растения используют для образования яйцеклеток, на митоз, при котором клетка делится на две копии самой себя. Другая модификация гена вызывает апомиксис. В результате получается семя, из которого может вырасти растение, генетически идентичное своему родителю.

По словам Хуша, этот метод позволит семеноводческим компаниям производить гибридные семена быстрее и в больших масштабах, а также предоставлять семена, которые фермеры смогут сохранять и пересаживать из сезона в сезон.

Апомиксис сельскохозяйственных культур был объектом всемирных исследований на протяжении более 30 лет, потому что он может сделать производство гибридных семян доступным для всех. В результате увеличение урожайности может помочь удовлетворить глобальные потребности растущего населения без необходимости увеличения использования земли, воды и удобрений до неприемлемого уровня,

сказал Сундаресан. 

По словам Сундаресана, результаты могут быть применены к другим пищевым культурам. В частности, рис является генетической моделью для других зерновых культур, включая кукурузу и пшеницу, которые вместе составляют основные продукты питания в мире.