Развитие семян риса имеет решающее значение как для урожайности, так и для качества зерна. Зародыш и эндосперм — специализированные структуры, отвечающие за размножение и запасание питательных веществ, — должны развиваться согласованно, чтобы обеспечить жизнеспособность семени.
Рис является одной из ключевых сельскохозяйственных культур, и колебания его урожайности и запасов имеют значительные последствия для глобальной продовольственной безопасности
Около 30 лет назад учёные обнаружили безэмбриональный мутант риса, названный eml1. Этот мутант представляет собой ценную модель для изучения взаимодействия зародыша и эндосперма и обладает термочувствительными признаками, которые могут быть полезны для селекции. Однако генетические механизмы, ответственные за его безэмбриональный фенотип, остаются неясными.
Чтобы восполнить этот пробел, исследовательская группа под руководством профессора Бу Цинъюня из Северо-Восточного института географии и агроэкологии Китайской академии наук идентифицировала OsBZR4 как ключевой регуляторный ген, отвечающий за образование беззародышевых рисовых зерен, и раскрыла молекулярные механизмы его функционирования. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications 26 июля, краткий релиз публикует Китайская академия наук.
Исследование подтверждает, что OsBZR4 является главным регулятором развития беззародышевых семян. Мутации в этом гене приводили к образованию беззародышевых семян у 60–100% растений различных сортов риса. Анализ экспрессии показал, что OsBZR4 активен в области взаимодействия чешуек (специализированной эмбриональной структуры) и эндосперма, где он подавляет два гена, YUC4 и PIN5b, контролируя уровень и распределение ауксина на ранних стадиях развития семян.
Эксперименты показали, что экзогенное применение ауксина или сверхэкспрессия гена YUC4, участвующего в синтезе ауксина, увеличивает частоту беззародышевых семян, тогда как обработка ингибитором транспорта ауксина N-1-нафтилфталамовой кислотой (NPA) снижает ее.
Кроме того, это исследование объяснило температурную чувствительность мутанта. Более высокие температуры увеличивали процент безэмбриональных семян у мутантов bzr4 за счёт активации OsPIL13, гена, стимулирующего транскрипцию YUC4 и последующее накопление ауксина. Этот каскад проясняет, как температура усиливает признак безэмбриональных семян.
Примечательно, что введение мутантного аллеля bzr4 в элитные сорта риса, такие как ZJ10 и ZJ11, улучшило как выход шлифованного риса, так и способность зерна к хранению — ключевые характеристики для продуктивности сельского хозяйства.
Группа ученых отметила, что целенаправленная манипуляция OsBZR4 может позволить создать термочувствительные сорта безэмбрионального риса с повышенным запасом энергии и лучшей хранимостью.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Ли Яли.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.