Учёные расшифровали генетический «разговор» за гетерозисом, открыв путь к суперурожаям

Исследователи из Института генетики растений и исследований культурных растений имени Лейбница (IPK) раскрыли механизм, лежащий в основе гетерозиса — феномена, при котором гибридное потомство превосходит по жизнеспособности и продуктивности своих родителей. Ключом оказалось сложное взаимодействие множества генов, а не влияние нескольких доминантных. Учёные также представили революционный статистический метод, который ускорит поиск таких генетических комбинаций в тысячи раз.

Полевые испытания гибридной пшеницы в Институте Лейбница. Автор: IPK Leibniz Institute

Гетерозис, или «гибридная мощь», давно используется в сельском хозяйстве для создания высокоурожайных сортов кукурузы и риса, однако его генетические основы оставались до конца не изучены. Новый метод, названный hQTL-ODS (Heterotic Quantitative Trait Locus—One-Dimensional Scan), позволяет анализировать не миллиарды возможных пар генов по отдельности, а оценивать совокупный вклад каждого гена через его взаимодействия с другими.

«Используя традиционные методы, нам потребовались бы годы, чтобы завершить тот же анализ, — объясняет доктор Голян Ли, первый автор исследования. — С нашим новым подходом мы смогли провести оценку всего за несколько дней. Это как если бы мы внезапно смотрели на геном через телескоп вместо лупы».

В масштабном исследовании с участием более 5000 гибридов пшеницы учёные выявили ключевые генетические локусы, вносящие наибольший вклад в гетерозис. Метод использует комплекс математических подходов, адаптированных для работы с данными полногеномного секвенирования.

«Мы увидели, что гетерозис вызывается генами, которые "разговаривают" друг с другом, — продолжает Голян Ли. — Это похоже на оркестр, где дирижёр управляет, общаясь с музыкантами. Однако в случае гетерозиса нет одного-единственного дирижёра, который увеличивает конечный урожай».

Таким образом, именно совокупный эффект множества генетических взаимодействий определяет гибридную мощь. Новый подход позволяет выявлять даже слабые сигналы, которые ранее ускользали от внимания исследователей.

«Это исследование демонстрирует важность разработки передовых математических и статистических инструментов для понимания сложных биологических механизмов», — говорит доктор Йонг Цзян, исследователь из группы «Количественная генетика» и один из ведущих авторов работы.

Модель hQTL-ODS предлагает принципиально новый подход к расшифровке генетической основы гетерозиса в эпоху полногеномного секвенирования и может быть применена к другим культурам, таким как кукуруза и рис. В перспективе метод поможет селекционерам быстрее идентифицировать сорта растений с выраженным гибридным преимуществом, что ускорит увеличение урожайности. Это станет важным вкладом в обеспечение продовольственной безопасности в условиях изменения климата и роста населения планеты.

Больше информации: Guoliang Li et al, Powerful one-dimensional scan to detect heterotic quantitative trait loci, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65563-9

Источник: Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research

Интересный факт: Феномен гетерозиса был впервые подробно описан Чарльзом Дарвином в 1876 году в его работе «Действие перекрёстного опыления и самоопыления в растительном мире», однако широкое практическое применение в сельском хозяйстве он получил лишь в XX веке, совершив революцию в производстве кукурузы.