Исследователи из Университета штата Айова, возможно, решили давнюю проблему, связанную с ускоренным развитием чистых генетических линий.
Использование генетики «двойных гаплоидов» (DH) стало одной из основных технологий, лежащих в основе современной селекции кукурузы. Однако у технологии DH есть как проблемы, так и преимущества. Во-первых, требуется создание «гаплоидных» растений, несущих только один материнский геном. Затем единый геном гаплоидного растения удваивается с помощью химического процесса , который ускоряет развитие генетически чистых инбредных линий.
Одним из основных узких мест технологии DH является то, что гаплоидные мужские цветки обычно стерильны. Эта проблема требует воздействия на сеянцы токсичным химическим веществом колхицином, который вызывает удвоение генома и возвращает фертильность мужским цветкам. Процесс трудоемкий и затратный.
Исследование, опубликованное недавно в журнале Nature Plants, сообщает об обнаруженной учеными мутации, которая восстанавливает мужскую фертильность у гаплоидов без использования колхицина. Работа проводилась Сиддиком И. Абубакером, ученым-исследователем в области агрономии, вместе с Томасом Любберштедтом, заведующим кафедрой агрономии Фрея и директором Центра селекции растений Раймонда Ф. Бейкера, и бывшим аспирантом-агрономом Лимин Чжоу.
Они продемонстрировали, что использование мутаций, которые изменяют положение механизма веретена во время репродуктивной фазы растений, известной как мейоз, может восстановить мужскую фертильность гаплоидных растений.
Веретенообразный механизм помогает поддерживать деление клеток в нужном русле. Во время нормального мейоза у обычных «диплоидных» растений, содержащих два набора хромосом, веретена расположены перпендикулярными парами, которые легко выстраиваются в линию. У гаплоидных растений хромосомы распределяются неравномерно во время клеточного деления, что приводит к высокой частоте бесплодия на следующих фазах размножения.
Чтобы решить эту проблему, у Aboobucker было вдохновение, которое, по мнению команды, стоило исследовать. Они предположили, что набор генетических аномалий растений, известных как мутанты параллельного веретена или «мутанты ps», которые изменяют положение веретена в параллельное, а не перпендикулярное положение во время мейоза, может улучшить мужскую фертильность у гаплоидов. Они проверили эту идею на Arabidopsis thaliana, модельном исследовательском растении, которое часто используется в качестве предшественника для работы с кукурузой и некоторыми другими видами сельскохозяйственных культур.
Это сработало — гаплоидные растения-мутанты выросли, и большинство из них оказались плодородными. Результаты подтверждают их идею о том, что неравный ряд волокон веретена деления во время критической фазы мейоза у гаплоидных самцов можно преодолеть, используя склонность мутантов вызывать более горизонтальное формирование веретена.
«Использование этой мутации для преодоления проблемы мужской фертильности у гаплоидных растений имеет большие перспективы для преодоления ресурсоемких протоколов, используемых в настоящее время для методов искусственного (химического) удвоения генома для получения линий DH», — сказал Любберштедт.
Большую часть заслуг он отдает Абубакеру, который руководил проектом по поиску решения этой давней загадки мужского гаплоидного бесплодия.
«Я начинаю понимать, что это большое дело», — сказал Абубакер. «Ответы коллег со всего мира после публикации нашей статьи в прошлом месяце были несколько ошеломляющими».
Любберштедт и Абубакер считают, что обнаруженные ими полезные мутации могут быть применены — с некоторыми модификациями — к кукурузе и другим культурам. Изучение этого потенциала является одним из следующих проектов на их горизонте.
