Учёные обнаружили ген адаптации риса к низкому содержанию азота в почве

Учёные из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук обнаружили ген, играющий ключевую роль в адаптации риса к почвам с низким содержанием азота.

Азотные удобрения — стратегический вызов для устойчивого сельского хозяйства: с одной стороны, они незаменимы для повышения урожайности и обеспечения глобальной продовольственной безопасности, с другой — представляют серьёзную угрозу для экосистем. Поэтому выведение новых сортов сельскохозяйственных культур с высокой эффективностью использования азота (NUE) является приоритетом как для производства, так и для защиты окружающей среды.

Используя разнообразную популяцию риса из разных эколого-географических регионов, учёные оценили реакцию агрономических признаков на азот в полях с разным уровнем его содержания и провели полногеномный поиск ассоциаций (GWAS). Неожиданно был выявлен только один очень значимый сигнал GWAS, связанный с геном OsTCP19. Также были изучены детальные механизмы работы OsTCP19 в регуляции кущения риса.

Анализ глобальных данных о содержании азота в почве выявил сильную корреляцию между аллельными вариантами OsTCP19 и распределением азота в почвах мира. Аллель высокой NUE, OsTCP19-H, был широко представлен в сортах риса, выращиваемых в бедных азотом регионах, но утрачен в сортах из богатых азотом регионов.

Примечательно, что OsTCP19-H также широко распространён в диком рисе — предке современных культивируемых сортов, который рос в естественной почве без внесения удобрений. Поскольку современные сорта риса выращиваются преимущественно с обильным внесением азота, аллель OsTCP19-H был в значительной степени утрачен. Таким образом, выведение высокоурожайных культур с пониженным потреблением азота может быть достигнуто путём возвращения этого аллеля в современные сорта.

Действительно, введение OsTCP19-H в современные сорта может повысить эффективность использования азота на 20-30% в условиях пониженного азотного питания. Следовательно, современный рис можно значительно улучшить, вернув утраченный аллель с использованием местных сортов из бедных почв, которые в значительной степени сохранили ценные гены дикого риса.

«Это действительно революционное открытие. Оно имеет значение не только для фундаментального понимания того, как работают растения/рис, но и огромные последствия для сокращения использования удобрений», — заявил профессор Дейл Сандерс, директор Центра Джона Иннеса в Великобритании.

Результаты представляют собой важный прорыв в исследованиях питания растений и селекции на высокую NUE и принесут большую пользу устойчивому сельскому хозяйству. Работа не только предлагает новое понимание генетической основы географической адаптации культивируемого риса к плодородию почв, но и даёт ключ к эффективному изучению других сложных признаков.

Исследование под названием «Геномная основа географической адаптации к содержанию азота в почве у риса» было опубликовано в журнале Nature 6 января 2021 года.