Учёные обнаружили ключевой ген OsBZR4, регулирующий развитие беззародышевого риса

Предложенная модель работы гена OsBZR4 в регуляции эмбриогенеза. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62262-3

Развитие семян риса играет ключевую роль в формировании урожайности и качества зерна. Эмбрион и эндосперм — специализированные структуры для размножения и хранения питательных веществ соответственно — должны развиваться согласованно, чтобы обеспечить жизнеспособность семени.

Около 30 лет назад учёные обнаружили мутантный сорт риса eml1, лишённый зародыша. Этот мутант стал ценным объектом для изучения взаимодействий между эмбрионом и эндоспермом, а его температурно-чувствительные свойства могут быть полезны для селекции. Однако генетические механизмы, ответственные за отсутствие зародыша, долгое время оставались неизвестными.

Чтобы восполнить этот пробел, исследовательская группа под руководством профессора Бу Цинъюня из Северо-Восточного института географии и агроэкологии Китайской академии наук идентифицировала ген OsBZR4 как ключевой регулятор формирования беззародышевого риса и раскрыла его молекулярные механизмы. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications 26 июля.

Исследование подтвердило, что OsBZR4 является главным регулятором развития семян без зародыша. Мутации в этом гене вызывали отсутствие зародыша у 60–100% растений в различных сортах риса. Анализ экспрессии показал, что OsBZR4 активен на границе между щитком (специализированной эмбриональной структурой) и эндоспермом, где он подавляет гены YUC4 и PIN5b, контролируя уровни и распределение ауксина на ранних стадиях развития семени.

Эксперименты продемонстрировали, что внешнее применение ауксина или сверхэкспрессия гена YUC4 (участвующего в синтезе ауксина) увеличивали частоту появления беззародышевых семян, тогда как обработка ингибитором транспорта ауксина N-1-нафтилфталаминовой кислотой (NPA) снижала её.

Кроме того, исследование объяснило температурную чувствительность мутанта. Повышенные температуры усиливали частоту появления беззародышевых семян у мутантов bzr4 за счёт активации гена OsPIL13, который стимулирует транскрипцию YUC4 и последующее накопление ауксина. Эта цепочка реакций проясняет, как температура усиливает признак отсутствия зародыша.

Важно отметить, что введение аллеля bzr4 в элитные сорта риса, такие как ZJ10 и ZJ11, улучшило как выход шлифованного риса, так и лёжкость зерна — ключевые характеристики для сельскохозяйственного производства.

Целенаправленное манипулирование геном OsBZR4 может позволить создать термочувствительные сорта беззародышевого риса с повышенными энергетическими запасами и лучшей сохранностью, отметили исследователи.

Дополнительная информация: Zhenyu Wang et al, OsBZR4 regulates temperature-dependent embryogenesis in rice, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62262-3

Источник: Chinese Academy of Sciences