Ген «молодости» кукурузы повышает урожайность зерна.
Ген кукурузы, идентифицированный в результате эксперимента, проведенного 118 лет назад в Университете Иллинойса, может повысить урожайность сегодняшних элитных гибридов без дополнительных затрат
Ген, идентифицированный более ста лет назад, контролирует критическую часть старения или сезонного отмирания кукурузы. Когда ген выключен, выращенные в полевых условиях элитные гибриды дали в среднем на 4,6 бушеля на акр больше, чем стандартные растения.
Еще в 1896 году эксперимент в Иллинойсе был разработан для проверки возможности изменения состава зерна кукурузы путем искусственного отбора.
Повторный отбор линий кукурузы с высоким и низким содержанием белка имел ожидаемый эффект в течение примерно 10 поколений. Однако, поскольку отбор признаков продолжался, ученые заметили и дополнительные изменения.
«Еще одна вещь, которая была замечена еще в 1930-х годах, заключалась в том, что линия с низким содержанием белка остается зеленее дольше, чем линия с высоким содержанием белка. Это действительно очевидно», — говорит Стивен Мус, профессор кафедры наук о растениях в Иллинойсе и соавтор исследования, опубликованного в Plant Biotechnology Journal.
Оставаться зеленым дольше в сезоне для растения означает увеличение урожайности. Растение фотосинтезировать и направлять энергию на развитие зерна. Но до сих пор никто не знал специфического гена, ответственного за этот «зеленый признак» кукурузы.
«Природно-зеленая черта подобна источнику молодости для растений, так как она продлевает фотосинтез и повышает урожайность. Это большое открытие с практическим эффектом», — говорит Анна Сильвестр, директор программы Национального научного фонда, который финансировал проект.
Открытие гена стало возможным благодаря десятилетнему государственно-частному партнерству между Университетом Иллинойса и Corteva Agriscience. Сотрудники Университета первоначально предоставили ученым Corteva доступ к популяции, полученной в результате долгосрочного эксперимента с кукурузным белком, с различиями в «зеленом признаке».
Исследователи из Corteva наложили этот признак на определенный ген NAC7, разработав растения кукурузы с низкой экспрессией белка для сохранения желаемого параметра. Как и родитель с низким содержанием белка, эти растения дольше оставались зелеными. Ученые Corteva Agriscience протестировали эти растения в теплицах и полях в течение двух сезонов.
Мало того, что кукуруза росла очень хорошо, урожай увеличился почти на 5 бушелей на акр по сравнению с обычными гибридами. Примечательно, что результаты полевых работ были получены без добавления азотных удобрений сверх того, что обычно используют фермеры.
«Сотрудничество с Университетом Иллинойса дает нам возможность применить передовые технологии в одном из самых продолжительных исследований в области генетики растений», — говорит Джун Чжан, научный сотрудник Corteva Agriscience и соавтор исследования. «Выводы, которые мы получаем из этих отношений, могут привести к лучшей урожайности без увеличения затрат на сырье, потенциально увеличивая как доходность, так и производительность для фермеров».
Также команда ученых Университета Иллинойса секвенировала ген NAC7 в линиях кукурузы с высоким и низким содержанием белка и смогла выяснить, как этот ген способствует старению растений и почему он прекратил работать в кукурузе с низким содержанием белка.
«Мы смогли точно увидеть, что это была за мутация. Похоже, она произошла где-то за последние 100 лет этого эксперимента, и, к счастью, была сохранена, чтобы мы могли извлечь из нее выгоду сейчас», — пишут ученые.
К сожалению, нельзя точно сказать, когда произошла мутация, потому что в 1920-х годах факультет естественных наук Университета выбросил оригинальное семя 1896 года. В те годы нельзя было предположить, что ученые когда-либо смогут идентифицировать гены, контролирующие эти уникальные признаки.
Будущий потенциал для данной инновации может включать в себя коммерческие семена без или с низким уровнем экспрессии NAC7, что дает фермерам возможность получить более высокую урожайность без дополнительного внесения удобрений.
Ученые подчеркивают, что открытие не состоялось бы без партнерских отношений: «Ценность сотрудничества ученых и агробизнеса в семенной индустрии в проведении таких долгосрочных экспериментов очень велика. Так как компании не часто вкладывают средства в исследования, где окупаемость может занять десятилетия. Но в этом случае было не так».