Открытие трёхмерной структуры ДНК риса открывает путь к повышению урожайности при меньшем использовании удобрений

от

Группа китайских учёных обнаружила скрытую трёхмерную структуру в ДНК риса, которая позволяет культуре давать больше зерна при использовании меньшего количества азотных удобрений. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Genetics учёными из Китайской академии наук (CAS). Это открытие может стать ориентиром для следующей «зелёной революции», направленной на повышение урожайности и более устойчивое сельское хозяйство.

Основные выводы исследования

Исследование показывает, что петля ДНК — «хроматиновая петля» — контролирует активность гена под названием RCN2, который регулирует формирование зернообразующих ветвей у растений риса. Регулировка этой петли повысила как урожайность, так и эффективность использования азота (NUE) — два признака, которые обычно противоречат друг другу.

Роль гена RCN2

По словам профессора Фу Сяндуна из Института генетики и биологии развития CAS, который возглавлял команду, повышение урожайности зависит от укрепления как «источника», так и «стока» внутри растения. Источник относится к тканям, таким как листья, которые производят и выделяют сахара в процессе фотосинтеза, в то время как сток включает растущие части — зёрна, метелки, молодые листья, стебли, корни и плоды — которые накапливают или потребляют эти сахара. Одновременное улучшение обеих сторон этой системы имеет важное значение для повышения урожайности и NUE.

Выявление генетического региона

Чтобы выяснить, как происходит эта координация, исследователи определили крупный генетический регион, или локус количественного признака, называемый qINCA2. Этот локус влияет на фотосинтез, усвоение азота и количество зёрен — три основных признака продуктивности. В этом регионе исследователи обнаружили однонуклеотидный полиморфизм (SNP), расположенный в 8 765 парах оснований выше по течению гена, известного как RCN2, который играет ключевую роль в формировании зернообразующих ветвей риса.

Влияние на активность RCN2

Это небольшое изменение в ДНК значительно повысило активность RCN2. Белок RCN2 затем изменил взаимодействие между двумя другими молекулами — OsSPL14 и DELLA. Ослабив их связь, RCN2 фактически освободил фактор транскрипции OsSPL14 для включения генов, ответственных за углерод-азотный обмен и развитие метелки. Эта цепная реакция позволила растениям риса производить больше зёрен и более эффективно использовать азот — две цели, которые обычно противоречат друг другу.

Новый механизм улучшения сельскохозяйственных культур

Открытие группы Фу вводит экструзию хроматиновых петель как новый механизм улучшения сельскохозяйственных культур. Помимо непосредственного применения для риса, это открывает двери для стратегий селекции следующего поколения, которые могут помочь прокормить растущее население планеты с меньшими экологическими издержками.

Предоставлено Китайской академией наук.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте