Ученые открыли возможность создания устойчивых к климату зерновых – прошло исследование
В рамках фундаментальных исследований в области генетики и физиологии растений учёные обнаружили биологический механизм, который может значительно повысить устойчивость зерновых культур к климатическим изменениям. В частности, была идентифицирована генетическая детерминанта, регулирующая выход семени из состояния покоя, что является ключевым этапом в процессе прорастания. Это открытие открывает перспективы для разработки новых сортов растений, способных адаптироваться к экстремальным условиям окружающей среды.
Семенная эмбриональная спячка представляет собой эволюционно закреплённое биологическое состояние, при котором зародыш находится в состоянии метаболического покоя, несмотря на оптимальные условия для прорастания. Для аграрного сектора это явление представляет собой значительную проблему, поскольку преждевременное прорастание может привести к нежелательным процессам внутри колоса до сбора урожая, что негативно сказывается на качестве зерна и вызывает экономические потери, оцениваемые в миллиарды долларов ежегодно. Однако длительный период покоя также создаёт проблемы для сельского хозяйства, так как задерживает сроки посева следующей культуры.
В ходе исследований было установлено, что ген MKK3 играет центральную роль в регуляции длительности периода покоя. Количество копий этого гена и уровень его экспрессии определяют скорость выхода семени из состояния покоя. Увеличение копий гена способствует более быстрой активации биологических процессов, связанных с прорастанием, что можно охарактеризовать как «пробуждающий механизм».
Анализ тысяч образцов ячменя из различных климатических зон выявил, что фермеры отбирали генетические варианты гена MKK3, адаптированные к местным условиям. В регионах с обильными осадками, таких как Восточная Азия, предпочтение отдавалось формам с длительным периодом покоя для защиты семян от преждевременного прорастания в дождливый сезон. В то же время в Северной Европе фермеры выбирали сорта с коротким периодом покоя, что обеспечивало быстрые и дружные всходы, особенно важные для пивоваренной промышленности.
Особое внимание исследователей привлекли голозёрные сорта ячменя, выращиваемые на Цинхай-Тибетском плато, где ген MKK3 проявляет высокую активность, что приводит к минимальному периоду покоя и быстрому переходу к росту. Это позволяет местным фермерам проводить уборку урожая в оптимальные сроки, а также осуществлять его сушку, обжарку и перемол. Зерно сохраняет свои качества и быстро прорастает даже в условиях высокогорья с осенними заморозками.
Учёные полагают, что интеграция различных аллелей гена MKK3 в селекционные программы может способствовать созданию сортов зерновых культур, устойчивых к стрессовым факторам окружающей среды. Эти разработки имеют важное значение для разработки стратегий обеспечения продовольственной безопасности в условиях глобального изменения климата.