Пшеница — самая распространённая в мире зерновая культура. В 2023 году было выращено 799 миллионов тонн пшеницы. Ожидается, что спрос на эту основную культуру вырастет до более чем 900 миллионов тонн к 2050 году.
Поскольку за последние 30 лет урожайность пшеницы стабилизировалась во всех основных регионах выращивания, необходимы новые генетические подходы для устойчивого повышения продуктивности пшеницы, чтобы удовлетворить растущий мировой спрос на продовольствие.
Новое исследование выявило генетическую мутацию, которая заставляет существующий вариант мягкой пшеницы (Triticum aestivum) давать в три раза больше зёрен, чем обычно.
«Определение генетической основы этого признака открывает путь селекционерам для включения его в новые сорта пшеницы, потенциально увеличивая количество зёрен в колоске и общую урожайность», — сказал Виджай Тивари, доцент кафедры наук о растениях в Университете Мэриленда в США и соавтор исследования.
Типичный колосок пшеницы содержит от 18 до 28 колосков. Они дают 3–4 фертильных цветка, которые, в свою очередь, содержат по 3 тычинки и один яичник. После оплодотворения образуется 1 зерно пшеницы.
Мутанты с множественными яичниками формируют до 3 функциональных яичников и, возможно, до 3 зёрен на цветок.
Предыдущие исследования и новые открытия
Ранее команда учёных определила основную мутацию, которая вызывает это полезное изменение в регионе на хромосоме 2D пшеницы. Теперь они идентифицировали природу мутации и ген, лежащий в основе этого признака.
«Мы обнаружили, что пшеничный мутант с множественными яичниками содержит перестройку генома, которая активировала ключевой ген регуляции меристемы WUSCHEL-1, который обычно находится в спящем состоянии в геноме D пшеницы», — сообщают авторы.
Ген кодирует белок, называемый WUSCHEL-related homeobox (WOX). WOX — это фактор транскрипции (TF), который регулирует экспрессию других генов.
В частности, факторы транскрипции WOX участвуют в различных регуляторных путях, связанных с ростом и развитием растений.
Когда ген активен на ранних стадиях развития цветка, он увеличивает размер тканей, образующих цветок, и позволяет им производить дополнительные женские части, такие как пестичные столбики или яичники.
«Используя инструменты для редактирования генов, мы теперь можем сосредоточиться на дальнейшем улучшении этого признака для повышения урожайности пшеницы», — говорит Тивари.
«Это открытие открывает захватывающие перспективы для разработки экономически эффективной гибридной пшеницы».