Вчені знайшли мутацію пшениці, що втричі збільшує врожай

Пшениця залишається найбільш культивованою зерновою культурою у світі. У 2023 році було вирощено 799 мільйонів тонн цього продукту. За прогнозами, до 2050 року попит на пшеницю зросте до понад 900 мільйонів тонн.

Проте врожайність пшениці досягла плато протягом останніх 30 років у всіх основних регіонах вирощування. Це означає, що потрібні нові генетичні підходи для сталого збільшення продуктивності пшениці, щоб задовольнити зростаючі глобальні потреби у продовольстві.

Нове дослідження виявило генетичну мутацію, яка спричиняє появу існуючого варіанта хлібної пшениці, здатного виробляти втричі більше зерен, ніж зазвичай. Вчені працювали з видом Triticum aestivum.

Віджай Тіварі, доцент кафедри рослинних наук Університету Меріленда у США та співавтор дослідження, пояснив значення відкриття. «Визначення генетичної основи цієї ознаки відкриває шлях для селекціонерів, щоб включити її в нові сорти пшениці, потенційно збільшуючи кількість зерен на колос і загальну врожайність», — зазначив він.

Типовий колос пшениці містить від 18 до 28 колосків. Вони виробляють від 3 до 4 фертильних квіток, які, у свою чергу, містять 3 тичинки та одну зав'язь. Після запліднення утворюється одне зерно пшениці.

Мутанти з багатьма зав'язями формують до 3 функціональних зав'язей і потенційно 3 зерна на кожну квітку. Це і є ключем до значного збільшення врожайності.

Раніше дослідницька група картувала базову мутацію, яка спричиняє цю корисну зміну, до ділянки на хромосомі 2D пшениці. Тепер вони ідентифікували природу мутації, а також ген, що лежить в основі цієї ознаки.

«Ми виявили, що мутант пшениці з багатьма зав'язями містить геномну перебудову, яка активувала ключовий регуляторний ген меристеми WUSCHEL-1, який зазвичай є неактивним на D-геномі пшениці», — повідомляють автори дослідження.

Цей ген кодує білок під назвою WUSCHEL-related homeobox, скорочено WOX. WOX є транскрипційним фактором, що означає його здатність регулювати експресію інших генів.

Зокрема, транскрипційні фактори WOX беруть участь у різних регуляторних шляхах, пов'язаних із ростом і розвитком рослин. Коли ген активний на ранніх стадіях розвитку квітки, він збільшує тканини, що формують квітку, і дозволяє їм виробляти додаткові жіночі частини, такі як маточки або зав'язі.

Відкриття має практичне значення для сільського господарства. Тіварі підкреслив перспективи використання результатів дослідження. «Використовуючи інструментарій редагування генів, ми тепер можемо зосередитися на подальшому покращенні цієї ознаки для підвищення врожайності пшениці», — каже вчений.

Дослідник також зазначив, що це відкриття надає захоплюючий шлях для розробки економічно ефективної гібридної пшениці. Це може стати важливим кроком у вирішенні проблеми продовольчої безпеки в умовах зростання населення планети.

Генетичні технології дозволяють селекціонерам цілеспрямовано впроваджувати корисні ознаки в нові сорти сільськогосподарських культур. У випадку з пшеницею можливість потроїти кількість зерен на колос може суттєво вплинути на глобальні врожаї без необхідності розширення посівних площ.