Учените използват генетичната мутация, за да ускорят процеса на развъждане на растения

Изследователите от държавния университет на Айова може би са разрешили дългогодишно предизвикателство, свързано с ускореното развитие на чисти генетични линии.

Използването на „удвоен хаплоид“ (DH) генетика се превърна в една от основните технологии, които са в основата на съвременното развъждане на царевица. Технологията за топлофикация обаче има предизвикателства, както и предимства. Първо, това изисква създаване на „хаплоидни“ растения, които носят само един майчин геном. Единичният геном на хаплоидното растение след това се удвоява чрез a химичен процес което ускорява развитието на генетично чисти инбредни линии.

Едно от основните затруднения на DH технологията е, че хаплоидните мъжки цветя обикновено са стерилни. Този проблем изисква излагане на разсада на токсичния химикал колхицин, който стимулира удвояването на генома и връща плодовитостта на мъжките цветя. Процесът е трудоемък и разходоемък.

Изследване, публикувано наскоро в Природа Растения споделя новини за откритата от учените мутация, която възстановява мъжката плодовитост при хаплоидите без използване на колхицин. Работата е извършена от Siddique I. Aboobucker, учен-изследовател по агрономия, с Thomas Lübberstedt, председател на Frey по агрономия и директор на Центъра за развъждане на растения Raymond F. Baker, и бивш студент по агрономия Liming Zhou.

Те демонстрираха, че използването на мутации, които променят позиционирането на механизма на вретеното по време на репродуктивната фаза на растенията, известна като мейоза, може да възстанови мъжката плодовитост на хаплоидните растения.

Механизмът на вретеното помага да се поддържа деленето на клетките по правилния път. По време на нормална мейоза, в обикновените „диплоидни“ растения, които съдържат два комплекта хромозоми, вретената са подредени в перпендикулярни двойки, които се подреждат лесно. В хаплоидните растения хромозомите са неравномерно разпределени по време на клетъчното делене, което води до високи нива на безплодие по време на следващите фази на възпроизводството.

За да се справи с този проблем, Aboobucker имаше вдъхновение, което екипът се съгласи, че си струва да бъде проучено. Те предположиха, че набор от генетични аномалии на растенията, известни като мутанти на паралелно вретено или „ps мутанти“, които променят вретената в паралелно вместо перпендикулярно положение по време на мейозата, може да подобри мъжката плодовитост при хаплоидите. Те тестваха идеята върху Arabidopsis thaliana, моделно изследователско растение, което често се използва като прекурсор за работа при царевица и няколко други видове култури.

Проработи – хаплоидните мутантни растения растяха и повечето бяха плодородни. Резултатите подкрепят идеята им, че неравномерното подреждане на вретеновидни влакна по време на критична фаза на мейозата при хаплоидните мъже може да бъде преодоляно чрез използване на тенденцията на мутантите да предизвикват по-хоризонтално вретено формация.

„Използването на тази мутация за преодоляване на проблема с мъжката плодовитост в хаплоидните растения има голямо обещание за преодоляване на ресурсоемките протоколи, които в момента са в сила за изкуствени (химически) методи за удвояване на генома за получаване на DH линии“, каза Lübberstedt.

Той отдава по-голяма заслуга на Aboobucker, който ръководи проекта за намиране на решение на този дългогодишен пъзел на мъжкото хаплоидно безплодие.

„Започвам да осъзнавам, че това е голяма работа“, каза Абобукър. „Отговорите от колеги по света след публикуването на нашата статия миналия месец са малко поразителни.“

Lübberstedt и Aboobucker вярват, че полезните мутации, които са идентифицирали, могат да бъдат приложени - с някои модификации - към царевица и други култури. Проучването на този потенциал е един от следващите проекти на техния хоризонт.