Репортаж от Wedoany，Вечером 23 июля по пекинскому времени команда профессора Сюн Личжуна из Китайского сельскохозяйственного университета Хуачжун опубликовала в журнале Cell результаты последнего исследования. В ходе работы был идентифицирован специфичный для рода Oryza «сиротский» ген засухоустойчивости под названием «ROAD1». Было обнаружено, что рис, несущий его функциональный аллель ROAD1C, в полевых условиях засухи демонстрирует значительно более высокую урожайность по сравнению с контролем.
Кроме того, ROAD1 также проявил потенциал для межвидового применения в повышении засухоустойчивости у таких тестируемых растений, как арабидопсис, рапс, кукуруза, пшеница и тополь.
Сюн Личжун пояснил, что в растениях существует классическая сигнальная система засухоустойчивости, ключевые компоненты которой высоко консервативны у разных видов и широко участвуют в таких ключевых процессах, как рост, развитие и реакция на условия окружающей среды.
Однако прямое вмешательство в эти ключевые компоненты часто приводит к побочным эффектам, таким как подавление роста растений и снижение урожайности. Поэтому точное повышение засухоустойчивости без ущерба для нормального роста растений стало важной научной проблемой, требующей решения.
Команда Сюн Личжуна, используя 240 образцов зародышевой плазмы риса, успешно идентифицировала специфичный для рода Oryza «сиротский» ген — ROAD1. Такие гены существуют только у определенных видов и лишены обнаруживаемых гомологов у отдаленно родственных видов.
Исследование показало, что у риса, несущего функциональный аллель ROAD1C, степень скручивания листьев в условиях засухи была меньше, а потери урожая — ниже. Эволюционный анализ показал, что ROAD1 можно проследить до предковой последовательности у дикого риса Oryza rufipogon. В ходе последующей эволюции постепенно сформировался функциональный аллель ROAD1C. Популяционно-генетический анализ дополнительно показал, что ROAD1C подвергался отбору в процессе одомашнивания японики (japonica) и встречается с более высокой частотой у образцов японики из регионов с относительно низким количеством осадков.
Исследование также выявило, что в сигнальном пути засухоустойчивости риса белок OsPP2C68 играет роль «тормоза», подавляя реакцию на засуху, когда растения растут в условиях достаточного увлажнения. При наступлении засухи белок ROAD1 накапливается в больших количествах и связывается с OsPP2C68, снимая «тормозное» действие OsPP2C68, тем самым усиливая засухоустойчивый ответ растения.
Сюн Личжун отметил, что белок ROAD1 действует как «стресс-зависимый усилитель»: при достаточном увлажнении его уровень крайне низок и не влияет на нормальный рост, и только в условиях засухи он накапливается в больших количествах и начинает действовать. Этот механизм «включения по требованию» идеально сочетает засухоустойчивость и стабильность урожайности риса.
Для проверки практической ценности ROAD1 исследовательская группа ввела функциональный аллель ROAD1C в высококачественные сорта риса и провела полевые испытания. Результаты показали, что в условиях засухи урожайность почти изогенных линий риса, несущих ROAD1C, была на 21–35% выше по сравнению с контролем. В условиях нормального водоснабжения не было отмечено значительных негативных изменений в росте и урожайности. Академик Китайской академии наук, исследователь Института ботаники Китайской академии наук Чжун Кан считает, что данное исследование выстроило полную цепочку доказательств — от эволюционного происхождения и молекулярных механизмов до полевой оценки и межвидовой верификации, углубило понимание участия «сиротских» генов в адаптации растений к окружающей среде и предложило новые идеи для поиска генетических ресурсов засухоустойчивости и создания засухоустойчивых и стабильно урожайных культур.
