Обнаружен ген, способный утроить урожай пшеницы

Представительный колосок (a) и колос (b) пшеницы MOV, демонстрирующие влияние локуса Mov-1 на количество зёрен. Обычная хлебная пшеница имеет одно зерно на колосок. Автор: Виджая Тивари, Университет Мэриленда

Исследователи из Университета Мэриленда обнаружили ген, который заставляет редкую форму пшеницы формировать по три завязи на цветок вместо одной. Поскольку каждая завязь потенциально может развиться в зерно пшеницы, этот ген может помочь фермерам выращивать значительно больше пшеницы с одного акра земли. Их работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Особенность формирования трёх завязей на цветок изначально была обнаружена у спонтанно возникшего мутанта обычной хлебной пшеницы. Однако не было понятно, какие генетические изменения привели к появлению нового признака. Команда из Университета Мэриленда создала высокодетализированную карту ДНК многояйниковой пшеницы и сравнила её с обычной пшеницей.

Они обнаружили, что у многояйниковой пшеницы был «включён» ген WUSCHEL-D1 (WUS-D1), который в норме находится в спящем состоянии.

Когда WUS-D1 активен на ранних стадиях развития цветка, он увеличивает ткани, формирующие цветок, что позволяет им производить дополнительные женские части, такие как пестики или завязи.

Если селекционеры смогут контролировать или имитировать этот генетический трюк с активацией WUS-D1, они смогут создавать новые сорта пшеницы, которые дают больше зёрен на одно растение. Даже небольшое увеличение количества зёрен на растении может привести к огромному росту мировых запасов продовольствия.

«Определение генетической основы этого признака открывает путь для селекционеров, чтобы включить его в новые сорта пшеницы, потенциально увеличивая количество зёрен в колосе и общую урожайность», — сказал Виджая Тивари, доцент кафедры растениеводства и соавтор исследования.

«Используя инструментарий редактирования генов, мы теперь можем сосредоточиться на дальнейшем улучшении этого признака для повышения урожайности пшеницы. Это открытие предоставляет захватывающий путь для разработки рентабельной гибридной пшеницы».

Это важно, поскольку пшеница является одной из основных мировых сельскохозяйственных культур, которой питаются миллиарды людей каждый день. Поскольку глобальный спрос на пшеницу продолжает расти, изменение климата, ограниченность сельскохозяйственных угодий и рост населения делают всё более трудным увеличение производства традиционными методами. Это открытие может дать селекционерам мощный новый инструмент для повышения урожайности без необходимости в дополнительных землях, воде или удобрениях.

Открытие гена WUS-D1 также может привести к разработке аналогичных многояйниковых сортов других зерновых культур.

Пшеница — одна из древнейших и наиболее широко возделываемых культур в мире. Современные методы генной инженерии, такие как CRISPR, открывают новые возможности для целенаправленного улучшения сельскохозяйственных растений, что особенно актуально в условиях растущего населения планеты и климатических изменений.

Больше информации: Adam Schoen et al, WUSCHEL-D1upregulation enhances grain number by inducing formation of multiovary-producing florets in wheat, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2510889122

Источник: University of Maryland