Генетическое решение для устойчивости сорго

Исследователи из Университета Квинсленда после десятилетий работы определили генетическое решение проблемы полегания (lodging) сорго, от которой ежегодно страдает 10% посевов.

Профессор Дэвид Джордан объяснил, что полегание происходит, когда стебли растений с высокой урожайностью ослабевают из-за потери воды. Это явление подрывает продовольственную безопасность.

Исследования показали, что полегание возникает, когда нехватка воды останавливает фотосинтез, заставляя растения использовать углеводы, запасённые в стеблях. Это ослабляет стебли и приводит к их гибели, а патогены усугубляют проблему.

Анализ данных за 14 сезонов выявил, что наиболее сильное полегание (более 20%) происходило в 2005, 2006 и 2017 годах. Различия в атмосферном давлении, фиксируемые Индексом Южной Осцилляции, объясняют 29% сезонных вариаций частоты полегания. При этом уровень устойчивости к полеганию, несмотря на селекционные усилия, не улучшился.

Учёные обнаружили, что признаки, используемые для повышения урожайности (например, высота растения), одновременно повышают восприимчивость к полеганию. Это создаёт сложную задачу для селекционеров.

Для её решения был проведён один из крупнейших в мире полногеномных поисков ассоциаций (GWAS) у сорго, изучивший 2308 уникальных гибридов в 17 испытаниях за три года. Исследование показало, что прочность стеблей можно увеличить, изменив состав молекул, используемых растением для построения клеточной стенки. Дополнительную защиту даст усиление устойчивости к болезням.

Ранее внедрение «генов устойчивой зелёности» (stay-green genes) из эфиопского сорго уже повысило засухоустойчивость и частично устойчивость к полеганию у австралийских сортов, замедляя отключение фотосинтеза при нехватке воды.

Новое генетическое картирование открывает пути для селекции высокоурожайных гибридов сорго с повышенной устойчивостью к полеганию. Эти данные готовы к применению в целевых селекционных стратегиях.

Исследование опубликовано в журнале Theoretical and Applied Genetics.