Поскольку производство зерна очень чувствительно к изменяющимся условиям окружающей среды, известно, что повышение температуры снижает количество семян, которые можно произвести на каждом растении. Одно из решений – увеличить количество цветов или ветвей на каждом «колосе», который является репродуктивной структурой, с которой собирают зерно.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Plants, под руководством профессора Дабинга Чжана из научно-исследовательского института Уэйта Университета Аделаиды и Объединенной лаборатории растениеводства и селекции Шанхайского университета Цзяо Тонг изучалась возможность увеличения производства семян за счет репродуктивных механизмов у растений, которые реагируют на к высоким температурам.
«Зерновые культуры, такие как пшеница и ячмень, приносят экономике Австралии более 12 миллиардов долларов, – сказал ведущий автор исследования доктор Ганг Ли из Исследовательского института Уэйта при Университете Аделаиды.
"Гены, которые контролируют количество зерна, производимого с одного растения при более высоких температурах, являются действительно привлекательными целями для селекционеров и исследователей, особенно в условиях изменения условий окружающей среды.
"Долгое время считалось, что такие факторы окружающей среды, как температура, ответственны за разнообразие биологических структур между злаками.
Однако механизмы структурных изменений в значительной степени неизвестны, поэтому это исследование важно."
В ходе исследования команда профессора Чжана обнаружила новый механизм, с помощью которого белок ячменя, известный как HvMADS1, регулирует количество цветков, образующихся на каждом колосе, в ответ на высокие температуры.
Исследователи смогли продемонстрировать, что HvMADS1 имеет решающее значение для поддержания колоса неразветвленного ячменя при высоких температурах окружающей среды.
Используя высокоэффективную технику редактирования генома, исследователи смогли создать новые растения, в которых отсутствует функция HvMADS1, эффективно преобразовывая неразветвленный колос ячменя в разветвленную структуру, приносящую больше цветов при высоких температурах окружающей среды.
«В конечном итоге это может привести к производству большего количества зерна с одного растения», – сказал д-р Ли.
Соавтор, доцент Мэтью Такер, заместитель директора Исследовательского института Уэйта, сказал: «Это исследование раскрывает новую роль этого семейства белков в реагировании на температурные изменения и управлении составом цветов на стебле.
"В связи с прогнозируемым во всем мире кратковременным или средним повышением температуры, перед растениеводами и селекционерами стоит огромная задача – получить урожай, необходимый для кормления растущего населения при более высоких температурах.
"Обладая более глубоким пониманием генов, лежащих в основе желаемых свойств растений в ответ на изменение температуры, ученые могут предложить понимание того, как разводить климатически оптимизированные растения для поддержания продуктивности."
Исследователи говорят, что эта работа открывает новые возможности для селекции сельскохозяйственных культур, чтобы преодолеть традиционный компромисс между термостойкостью и высокой урожайностью.
«Это совместное исследование демонстрирует важность международного партнерства в обеспечении фундаментальных научных открытий и ценность стратегий редактирования генов сельскохозяйственных культур, которые регулярно используются в Исследовательском институте Уэйта при Университете Аделаиды», – сказал доцент Такер.