Рапс - это глобально значимая масличная культура, выращиваемая для удовлетворения растущего спроса на растительное масло. Чтобы повысить урожайность и устойчивость, селекционеры приняли разработку гибридов рапса в качестве общей стратегии. Однако современные системы гибридного производства рапса имеют различные ограничения, что требует разработки более простого и эффективного подхода. Применив технологию редактирования генов, исследователи успешно решили одну из основных проблем в создании гибридов этой культуры.
Гибридная сила, также известная как гетерозис, описывает явление, при котором потомство, полученное в результате скрещивания двух инбредных линий, превосходит производительность родительских линий. Гетерозис оказался особенно эффективным в инбредных видах сельхозкультур, поскольку он может существенно увеличить урожайность на 20–50% .
Рапс (Brassica napus) является всемирно значимой масличной культурой, выращиваемой для удовлетворения растущего спроса на растительное масло. Внедрение гибридов сыграло ключевую роль в значительном повышении урожайности и общего производства рапса, особенно в основных регионах производства, таких как Канада, Китай и Европа. В рапсе основной подход к гибридному производству основан на использовании мужской стерильности, которая имеет решающее значение для использования преимуществ гетерозиса.
Мужская стерильность относится к аномальному развитию тычинок во время полового размножения у высших растений. Его существование первоначально наблюдалось у видов табака и межвидовых скрещиваний, и впоследствии оно было использовано у различных видов растений, включая рис, кукурузу, рапс, сою.
Мужская стерильность подразделяется на цитоплазматическую мужскую стерильность (ЦМС) и генную мужскую стерильность (ГМС). ЦМС обычно контролируется митохондриальными генами и несколькими ядерными генами и обычно используется для производства гибридных семян с трехлинейной системой. ЦМС устраняет необходимость удаления пыльников и упрощает идентификацию хранителей мужской стерильности.
В результате были разработаны многочисленные системы ЦМС в рапсе, которые однако не оптимальны. Например, система Pol демонстрирует нестабильную мужскую стерильность из-за факторов окружающей среды, в то время как система Ogu сталкивается с трудностями в поиске подходящих восстановителей. Кроме того, ограниченное генетическое разнообразие и повышенная восприимчивость к болезням накладывают ограничения на разработку и применение систем ЦМС.
Таким образом, селекция рапса сталкивается с рядом существенных проблем, в первую очередь из-за сложностей и ограничений современных систем мужской стерильности. Традиционные методы часто включают сложные процессы управления и очень чувствительны к условиям окружающей среды, что приводит к нестабильному и неэффективному производству гибридных семян.
В связи с этими проблемами существует острая необходимость в более эффективной, стабильной и экологически устойчивой системе для улучшения производства гибридов рапса, обеспечивающей более высокую урожайность и лучшую приспособляемость к различным сельскохозяйственным условиям.
Исследователи из Чжэцзянского университета и Цзясинской Академии сельскохозяйственных наук разработали новый подход с использованием технологии CRISPR/Cas9. Этот метод нацелен на ген BnDAD1, создавая линии с мужской стерильностью в рапсе, тем самым упрощая производство гибридных семян. Результаты опубликованы в журнале Horticulture Research .
Ученые смогли эффективно нарушить ген BnDAD1, который играет решающую роль в пути биосинтеза жасмоновой кислоты, с помощью технологии CRISPR/Cas9. Это нарушение привело к мужской стерильности из-за дефектов в раскрытии пыльников и созревании пыльцы у рапса.
Затем, применив экзогенный метилжасмонат, исследователи смогли восстановить фертильность в мужско-стерильных линиях, что позволило производить гибридные семена F1.
Фенотипическая характеристика цветочных почек, раскрытых цветков и развития стручков у дикого типа и четырех мутантов рапса. Источник: Horticulture Research (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae139
«Мы предлагаем новый метод, включающий целенаправленное нарушение Defective in Anther Dehiscence1 у Brassica napus (BnDAD1), важного гена в пути биосинтеза жасмоновой кислоты, с использованием технологии CRISPR/Cas9 для создания мужско-стерильных линий. Было обнаружено, что BnDAD1 доминантно экспрессируется в тычинках цветочных почек рапса. Нарушение BnDAD1 привело к снижению уровней α-линоленовой кислоты и жасмоната у двойных мутантов, что привело к дефектам в раскрытии пыльников и созревании пыльцы. Скрещивая двойные мутантные мужские стерильные линии с мужскими фертильными линиями, была продемонстрирована двухлинейная система, позволяющая производить семена F 1. Этот прорыв имеет многообещающий потенциал для использования гетерозиса в рапсе и предлагает более простой и эффективный метод производства гибридных семян», поясняют исследователи.
Эта новая двухлинейная система предлагает более простой и эффективный метод производства гибридных семян по сравнению с традиционными способами.
«Мужская стерильность, вызванная методом CRISPR/Cas9, оказалась стабильной и полной, независимой от условий окружающей среды, что делает ее надежным решением для производства гибридного рапса. Этот инновационный подход имеет значительный коммерческий потенциал, обещая повысить эффективность и устойчивость выращивания рапса. Наши результаты представляют собой значительный прогресс в производстве гибридов рапса. Использование CRISPR/Cas9 для индукции мужской стерильности упрощает процесс селекции и открывает большие перспективы для повышения урожайности и устойчивости рапса», - подчеркнул доктор Лиси Цзян, ведущий исследователь из Чжэцзянского университета.
Полностью прочитать статью вы можете по ссылке.
Источник: TransSpread.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.