Революция в рисоводстве: учёные создали многолетний рис

Рис является одной из важнейших зерновых культур, обеспечивая примерно 20% суточного потребления калорий для более чем половины населения планеты. Однако культивируемые сорта риса являются однолетними растениями, требующими ежегодного пересева. В отличие от них, их дикие сородичи — многолетники, способные цвести и давать новые побеги год за годом.

Генетические ключи к многолетнему росту

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science, учёные изучили признаки, связанные с многолетним ростом дикого риса (Oryza rufipogon). Им удалось идентифицировать два гена, которые запускают вегетативное размножение. Перенеся эти гены в культивируемый рис (Oryza sativa), команда создала сорт, который демонстрирует способность к многолетнему развитию, характерному для его диких родственников.

Исследователи полагают, что современный однолетний рис, который выращивается по всему миру, эволюционировал от многолетних предков, но в процессе одомашнивания утратил эту способность к возобновлению роста.

Открытие гена EBT1

Для выявления многолетних признаков у диких сородичей генетик Бин Хань из Китайской академии наук и его коллеги сравнили 446 образцов дикого риса с культурными сортами. Они обнаружили геномную область на первой хромосоме, названную Endless Branches and Tillers 1 (EBT1), которая содержит две копии регуляторного гена микроРНК156, обозначенные как B и C.

В молодых растениях эта последовательность проявляет высокую активность, поддерживая растение в ювенильном, вегетативном состоянии. По мере созревания активность микроРНК156 B и C снижается. Однако у дикого риса эта область «перезагружается» после цветения, что позволяет растению возобновить рост, а не отмирать.

Гибридный рис: первые успехи и ограничения

Чтобы понять функцию этого гена в живых растениях, учёные скрестили Oryza rufipogon с культивируемым Oryza sativa. Из полученных гибридных образцов они выбрали один, обозначенный как G43, который продемонстрировал способность останавливать цветение и возобновлять вегетативное размножение.

В процессе реактивации вегетативного роста G43 образует вторичные побеги (отростки кущения), которые отходят от основания растения. Если обычный рис производит около 10 таких побегов между цветением и отмиранием, то G43 производил в среднем более 70.

Основным ограничением этих вторичных побегов является их стерильность – они дают аномальные цветки без семян. Исследователи предполагают, что для создания полностью фертильных многолетних растений риса могут потребоваться дополнительные гены, введённые в другие участки генома.

Перспективы и опасения экспертов

Саломе Прат, генетик растений из Центра исследований в сельскохозяйственной геномике, отмечает: «В настоящее время проблема заключается в том, что локус EBT1 также подавляет цветение и, следовательно, снижает урожайность. В этом аллеле ген снова активируется после цветения в почках кущения, что позволяет формировать новые побеги».

Биолог растений Хорхе Дубцовски из Калифорнийского университета в Дейвисе считает, что генетически модифицированный рис вряд ли «скоро дойдёт до широкой публики». По словам Дубцовски, «многолетние растения имеют более низкую урожайность, чем однолетние. Учитывая текущий рост населения, мы не можем позволить себе заменять наши продуктивные однолетние культуры менее продуктивными, даже если они обеспечивают некоторые экологические преимущества». Ни Прат, ни Дубцовски не принимали участия в данном исследовании.

Несмотря на существующие вызовы, исследование открывает новые горизонты в селекции риса и может привести к разработке более устойчивых и экологически эффективных сельскохозяйственных систем в будущем.