Ученые раскрыли генетический механизм преждевременного прорастания ячменя

Сложность локуса MKK3 в ячмене. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adx2022

Ежегодно во всем мире из-за преждевременного прорастания (PHS) — явления, при котором зерно прорастает на растении до сбора урожая, — гибнут сельскохозяйственные культуры на миллиарды долларов (~80 млрд руб). Этот процесс запускается различными факторами, такими как теплая и влажная погода, что может испортить урожай и создать угрозу для глобального продовольственного снабжения. Однако эта проблема может уйти в прошлое, поскольку команда исследователей, в основном из исследовательской лаборатории Carlsberg в Дании, раскрыла генетический механизм, контролирующий сроки прорастания ячменя.

Проблема, созданная человеком

PHS — это полностью проблема нашего собственного создания. Когда ранние земледельцы одомашнили ячмень, они хотели получить культуру, которая бы быстро прорастала после посадки. Поэтому они отбирали сорта с меньшим естественным периодом покоя семян — паузой, которая предотвращает прорастание семян до наступления подходящих условий. Хотя это позволяет фермерам быстро высаживать культуры после сбора урожая, иногда получая два урожая в год, у этого подхода есть существенный недостаток.

Если перед сбором урожая складываются идеальные погодные условия, весь урожай начинает прорастать прямо на стебле. Это проблема, потому что даже если собрать его раньше, зерно часто оказывается слишком влажным для хранения или в нем уже начались биохимические изменения, которые портят его качество для использования в пищу или пивоварении.

Генетические открытия

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Science, ключевой вывод заключается в том, что покой контролируется несколькими версиями гена MKK3, а не одной. У дикого ячменя есть одна копия этого гена, в то время как у одомашненных сортов их несколько. Это означает, что чем больше генов MKK3 у растения ячменя, тем сильнее сигнал к прорастанию и короче период покоя семян.

Исследование также показало, как варианты MKK3 распространялись в ответ на климат и потребности древних земледельцев. Некоторые были гиперактивными и выбирались фермерами Северной Европы из-за их превосходного качества для солодования. Другие были менее активными (с высоким покоем) и предпочитались фермерами во влажном климате, например, в Восточной Азии. Это позволяло урожаю переживать сезоны дождей без преждевременного прорастания.

Обладая этими глубокими генетическими знаниями, авторы исследования надеются, что современные фермеры смогут культивировать идеальный сорт ячменя для любого региона. «Наша работа показывает, что понимание генетической сложности покоя может помочь селекционерам вывести ячмень, который будет одновременно продуктивным и устойчивым к изменению климата», — отмечают ученые.

Ячмень является четвертой по значимости зерновой культурой в мире после кукурузы, пшеницы и риса. Он широко используется не только в пивоваренной промышленности, но и как корм для животных, а также в пищевых продуктах. Открытие датских ученых может иметь важное значение для обеспечения продовольственной безопасности в условиях меняющегося климата.