Растения в условиях стресса: как рожь перестраивает свои гены

от

Исследователи получили новые сведения о генетических основах размножения ржи. Они продемонстрировали, как растения перекомбинируют свои гены и насколько этот процесс зависит от факторов окружающей среды, таких как дефицит питательных веществ.

Результаты опубликованы в журнале New Phytologist.

Авторы исследования

Учёные из Института генетики растений и селекции сельскохозяйственных культур имени Лейбница (IPK) и университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге изучили генетические основы и экологическую пластичность мейотической рекомбинации в большой популяции ржи.

Для исследования использовали более 500 растений ржи, некоторые из которых выращивали в нормальных условиях, а некоторые — при дефиците питательных веществ. Материал был получен из Федерального генобанка ex situ в IPK и коммерчески доступных популяционных сортов. Все растения выращивали в рамках эксперимента по культивированию вечной ржи в университете Мартина Лютера в Галле-Виттенберге.

Эксперимент

Эксперимент, начатый ещё в 1878 году Юлиусом Кюном, продолжается и сегодня. В ходе многочисленных экспериментов сравниваются различные системы внесения удобрений и замены гумуса — от навоза и минеральных удобрений до участков без удобрений.

«Эта область особенно хорошо подходила для исследования, потому что дефицит питательных веществ накапливался в течение очень длительного периода, что сделало его очень стабильным», — объяснил доктор Стивен Дрейссиг, руководитель независимой исследовательской группы по генетике размножения растений.

Исследователи собрали пыльцу и секвенировали ядра клеток более чем 3000 сперматозоидов у 584 особей. Они стремились определить количество событий кроссинговера между родительскими хромосомами и выявить их позиции. Впервые им удалось изучить этот процесс непосредственно в пыльце, то есть там, где он фактически происходит, и в больших количествах.

«Мы смогли показать, что гены растений смешиваются значительно реже при дефиците питательных веществ, чем при их достаточном поступлении», — говорит Кристина Вэш, первый автор исследования. «Это можно сравнить с игрой в карты: если карты перетасовывать лишь наполовину, будет создано меньше новых комбинаций».

Однако это не всё. Исследовательская группа также обнаружила различия между типами растений. В то время как современный сорт оставался относительно стабильным во время исследования, старые сорта и дикие формы были восприимчивы к стрессу, объясняет Вэш. «Это показывает, что генетическое разнообразие играет важную роль в том, как растения справляются с изменениями окружающей среды», — отмечает она.

Генетические основы рекомбинации

Исследовательская группа также изучила генетические основы рекомбинации. «В нашем исследовании мы показали, что скорость рекомбинации контролируется не одним главным переключателем, а скорее многочисленными небольшими генетическими регионами, действующими согласованно», — объясняет доктор Дрейссиг.

Известно более 40 аллелей и два гена-кандидата. «Мы знаем области на хромосоме, где расположены эти многочисленные генетические переключатели, но мы часто ещё не знаем всех решающих генов», — добавляет он.

«Тем не менее наше текущее исследование вносит важный вклад в наше понимание генетической архитектуры и экологической пластичности мейотической рекомбинации», — говорит доктор Дрейссиг. «В отличие от предыдущих исследований, которые изучали только отдельных особей или несколько генотипов, мы проанализировали генетические эффекты в большой, генетически разнообразной популяции».

Исследователь из IPK считает, что выявление генов, контролирующих рекомбинацию в условиях стресса, может стать ценным инструментом для селекционеров. «Целенаправленный контроль рекомбинации в условиях стресса поможет ускорить разработку новых, улучшенных сельскохозяйственных культур, более устойчивых к неблагоприятным условиям окружающей среды», — заключает он.

Предоставлено Институтом генетики растений и селекции сельскохозяйственных культур имени Лейбница.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте