Гибридный рис — новые горизонты.

Один Китай — две системы. Под таким лозунгом начал свои реформы Дэн Сяопин Реформы которые не только сделали Китай второй экономикой мира, но и разделили его на две части передовую промышленную и архаичную аграрную. Основная зерновая культура в южной половине Китая рис. Китайцы его выращивают также как и их соседи Вьетнамцы на своих семейных фермах или как сказали бы у нас на «огородах», потому как размеры участков в 6 соток ближе к этому российскому явлению. Китайская технология возделывания риса сильно отличается от привычной нам. Они выращивают рассаду которую затем вручную пересаживают в рисовые чеки предварительно «взбаламутив» грунт с помощью буйволов или специальной техники. Дальше они следят за уровнем воды, подкармливают, борются с болезнями и вредителями, в общем все примерно как у нас. Но есть нюанс. Вместо сортов они высевают гибриды первого поколения, F1 полученные на основе ЦМС.

Использование F1 позволяет увеличить урожайность за счет гетерозиса примерно на 15%, но делает семеноводство дорогим и сложным. Относительно недавно (в году этак в 2016 или 2017) ВНИИ риса посетила делегация ученых из Китая. В свете принятого КПК курса на укрупнение крестьянских хозяйств, под которым наверное следует понимать перевод сельского хозяйства на индустриальную основу, китайские коллеги интересовались применяемыми в России технологиями рисоводства и прежде всего и разбросным способом сева.

Дороговизна семян гибридного риса толкает ученых на поиски путей решения данной проблемы. Даже в России, не смотря на то что гибридный рис у нас не выращивается, велись исследования по «закреплению гетерозиса». Поскольку «закрепить» явление природа которого не установлена не представляется возможным, то и результат был соответствующий. Впрочем некоторые локальные успехи все таки были. Например была защищена докторская диссертация (Гончарова Юлия Константиновна. Генетические основы повышения продуктивности риса: диссертация ... доктора биологических наук), а проблему в общем так и не решили.

И вот совсем недавно в nature biotechnology сделана публикация (Wang, C., Liu, Q., Shen, Y. et al.Clonal seeds from hybrid rice by simultaneous genome engineering of meiosis and fertilization genes. Nat Biotechnol 37, 283–286 (2019). https://doi.org/10.1038/s41587-018-0003-0 ) в которой описывается стратегия, позволяющая клонально размножать гибриды риса F1 через семена. Авторы зафиксировали гетерозиготность гибридного риса F1 путем мультиплексного редактирования генома CRISPR–Cas9 мейотических генов REC8, PAIR1 и OSD1 для получения клональных диплоидных гамет и тетраплоидных семян. На этом этапе все прошло гладко, фертильность сохранилась на уровне исходного сорта риса CY84. Осталось вернуть диплоидность семян.

Затем они отредактировали ортолог недавно открытого у кукурузы гена MATRILINEAL (MTL) (участвующего в оплодотворении) и убедились, что он может индуцировать образование гаплоидных семян у гибридного риса. Наконец, они объединили фиксацию гетерозиготности и индукцию гаплоидности путем одновременного редактирования всех четырех генов (REC8, PAIR1, OSD1 и MTL) у гибридного риса и получили растения, способные клонально размножаться семенами. Успех был омрачен снижением завязываемости семян с 81,9% у дикого типа до 6,2% у отредактированного.

Теоретически, применение этого метода может обеспечить самовоспроизводство F1 широкого спектра элитных гибридных культур, вероятно кормовых для которых фертильность растений не является ключевым условием, но пока не применима для риса.

Не смотря на то что чуда не случилось, это весьма интересное исследование дающее новые знания о генетических и молекулярных основах биологии оплодотворения у покрытосеменных растений, а также новый опыт применения технологии редактирования генома.

Столкнувшись с проблемой ученые не опустили руки, а продолжили искать пути решения задачи. Без особых успехов перебрав еще несколько вариантов пришли к такому решению:

- к мутации трёх генов (REC8, PAIR1, OSD1 , превращающей мейоз в митоз, что приводит к образованию диплоидных клоновых яйцеклеток добавили еще одну BBM1 для запуска развития эмбриона без оплодотворения.

- в результате частота образования клоновых семян достигла **98.7%, а фертильность у лучший линий достигла 83.67%, что близко к нормальному рису (88.65%).

• большинство клоновых линий стабильно передавали признак апомиксиса потомству, хотя у двух линий наблюдался атавизм (признак проявился через поколение).

Не обошлось и без побочных явлений - у части линий наблюдалось образование нескольких эмбрионов в одном семени.

Подробнее можно ознакомиться здесь https://doi.org/10.1038/s41467-022-35679-3 и здесь https://doi.org/10.1007/s00299-024-03154-6