Новое международное исследование выявило в семенах ячменя генетический механизм, который может помочь сделать зерновые культуры более устойчивыми к изменению климата. Учёные обнаружили биологический «таймер», регулирующий момент выхода семени из спячки и начало прорастания. Работа даёт основу для целенаправленного «дизайна» стрессоустойчивых сортов.
Объектом исследования стала семенная спячка — состояние, при котором семя не прорастает даже при благоприятной температуре и влажности. Для аграрного сектора это двусторонняя проблема. Слишком раннее пробуждение ведёт к прорастанию зерна в колосе до уборки и потере качества урожая, что, по оценкам, приносит свыше 1 млрд долларов убытков в год. Слишком длительный покой задерживает посев следующей культуры.
Ключевым регулятором этого баланса учёные назвали ген MKK3. Показано, что число его копий и уровень экспрессии определяют продолжительность периода покоя: при большем количестве копий спячка короче, а прорастание наступает быстрее. Таким образом, MKK3 выступает в роли своеобразного «будильника» для семян.
При анализе более 1000 образцов ячменя со всего мира выяснилось, что в разных регионах природный и искусственный отбор закреплял различные варианты этого гена. В дождливой Восточной Азии преимущество получили варианты с более длительной спячкой, защищающие от преждевременного прорастания в сезон осадков. В северной Европе, напротив, земледельцы исторически выбирали формы с коротким периодом покоя, обеспечивающие быстрые и дружные всходы, что было важно, в том числе, для производства пива.
Особое внимание уделили голозёрному ячменю (цинка) с Цинхай‑Тибетского плато. У него активность MKK3 максимальна, поэтому семена почти сразу идут в рост, а покой выражен слабо. Это помогает в условиях сурового климата, где с начала осени возможны заморозки. Местные фермеры собирают урожай заранее, затем сушат, обжаривают и перемалывают зерно, что позволяет хранить его и получать быстрые всходы даже в высокогорных условиях.
Исследователи полагают, что использование разных вариантов гена MKK3 в селекции откроет путь к созданию зерновых культур, лучше переносящих климатический стресс и погодные колебания. Такие подходы могут стать важной частью стратегии по защите продовольственной безопасности в условиях глобального изменения климата.
Читайте также: