Ученые нашли ген, повышающий урожайность зернобобовых культур

Группа исследователей обнаружила, что ген под названием FUL (FRUITFULL) контролирует продолжительность репродуктивной фазы у зернобобовых культур. Данный ген может быть использован в качестве биотехнологического инструмента для продления этой фазы, что позволит увеличить производство плодов и семян у гороха и других бобовых культур, таких как нут, чечевица, фасоль.

У однолетних растений есть только один репродуктивный сезон, когда они формируют цветы и плоды. Для контролирования продолжительности репродуктивной фазы ученые изучают генетические факторы, которые могут заставить растение завершить цветение.

Первые исследования были проведены на арабидопсисе – лабораторном растении, не представляющем агрономического интереса. В дальнейшем для понимания функции гена FUL у сельскохозяйственных культур в качестве опытного растения был использован горох – бобовая культура с высокой питательной ценностью.

Мутации, приводящие к потере функции гена FUL у гороха, заставляют растения гораздо дольше формировать цветы и, соответственно, плоды. Это показывает, что ген FUL контролирует продолжительность репродуктивной фазы не только у лабораторного растения, но и у других видов, в том числе сельскохозяйственных культур.

Длительное цветение и плодоношение означает, что у некоторых сортов гороха мутации в генах FUL могут удвоить производство семян, при этом питательные характеристики растений без мутаций будут идентичны растениям в теплице и в поле.

Авторы исследования подчеркивают, что для получения мутаций в анализируемых генах FUL они использовали классические методы, не создавая трансгенных растений. Метод получения новых сортов растений может быть основан на традиционном мутагенезе или на редактировании генов с помощью CRISPR, в ближайшем будущем наиболее перспективного и мощного инструмента для целенаправленного сельского хозяйства.

Потенциальное применение результатов исследования заключается в использовании генов FRUITFULL в качестве биотехнологического инструмента для повышения урожайности зернобобовых культур. Наиболее значительное увеличение урожайности семян наблюдалось у среднеурожайных сортов гороха, в то время как у высокоурожайных сортов эффект от мутаций в генах FUL был небольшим.

По мнению исследователей, гены FRUITFULL могут быть полезны для быстрого и прямого улучшения ценных сортов бобовых, которые уже обладают высокой устойчивостью к патогенам или засухе, но в настоящее время не используются из-за низкой урожайности. Мутация генов FUL в этих сортах сделает их высокоурожайными и полезными для сельского хозяйства.

Получение высоких урожаев зернобобовых культур возможно только при наличии качественного семенного материала, свободного от вирусных и бактериальных возбудителей болезней. В научных подразделениях Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») изучают карантинные и особо опасные микроорганизмы, поражающие различные зернобобовые культуры. В аккредитованных испытательных лабораториях ФГБУ «ВНИИКР» проводят исследование семян на широкий спектр фитопатогенов.

Источник: Irene Martínez-Fernández et al, Analysis of pea mutants reveals the conserved role of FRUITFULL controlling the end of flowering and its potential to boost yield, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). URL: https:doi.org/10.1073/pnas.2321975121