Генетики изучают, как природа создает сорняк, чтобы помочь рисоводам

Эволюционный генетик из Университета Массачусетса в Амхерсте Ана Кайседо и ее команда начинают масштабное исследование эволюции сорняков, в частности, сорного риса — одной из главных угроз производству риса в мире и США.

Это фундаментальное исследование геномной структуры агрессивного вида, известного как красный или сорный рис, может привести к новым способам контроля инвазивных растений. Сейчас они ежегодно наносят ущерб урожаям на миллиарды долларов по всему миру и угрожают основному продукту питания миллионов людей.

Команда, помимо руководителя исследования Кайседо, включает ученых из UMass Amherst, Национального исследовательского центра риса Дейла Бамперса в Арканзасе и Университета Вашингтона в Сент-Луисе. Работа поддержана грантом Национального научного фонда (NSF) в размере почти 2,5 млн долларов.

Одной из конкретных задач Кайседо будет секвенирование и сравнение полных геномов культурного и сорного риса. Предыдущие работы показали, что сорный рис в США, вероятно, произошел от обычных культурных групп риса. Это делает его идеальной моделью для понимания генетических изменений, ведущих к появлению «сорных» признаков в агроценозах.

Как и многие сорняки, красный рис более агрессивен, чем культурный, и имеет несколько нежелательных характеристик:

• Он созревает в разное время, а не одновременно, как культурный рис.
• Он рассеивает свои спелые семена, а не удерживает их на растении до сбора урожая.

Последний признак особенно проблематичен для фермеров. Кайседо попытается идентифицировать гены, которые, как она подозревает, контролируют его. Задачу усложняет то, что многие линии сорного риса, вероятно, эволюционировали на протяжении столетий.

Кайседо и коллеги полагают, что только в США независимо эволюционировали две группы сорного риса, и эти группы могут использовать разные гены для контроля сорных признаков. Работы в лаборатории Кайседо уже показали, что сорный рис не несет тех же мутаций, что приводят к рассеиванию семян у дикого риса. Этот признак у сорняка эволюционировал отдельно.

«Красный рис, похоже, использует новые генетические механизмы для быстрой эволюции и адаптации к сельскохозяйственной среде. Однако более тщательное изучение генома сорного риса может также выявить случаи, когда «сорные» гены были приобретены путем гибридизации с другими дикими группами риса», — говорит Кайседо.

Как отдельная цель исследования, Кайседо и коллеги определят, как происхождение и популяционная структура сорняка соотносятся в четырех основных регионах его распространения: Южная Азия, Юго-Восточная Азия, Северо-Восточная Азия и Северная Америка. В каждом регионе преобладает свой местный сорт культурного риса и различается наличие репродуктивно совместимых диких видов.

Кайседо и коллеги также оценят, как недавний переход в США к использованию сортов риса, устойчивых к гербицидам на основе имидазолинонов, может привести к появлению устойчивого к гербицидам сорного риса. Они изучат, происходит ли это за счет потока генов от культуры к сорняку или спонтанной мутации.

«Мы надеемся получить фундаментальное представление о влиянии недавнего перехода к выращиванию устойчивого к гербицидам риса на эволюцию сорняков», — отмечает Кайседо.

Продукт, известный как «дикий рис», на самом деле является другим видом травы со съедобными семенами, не связанным с сорным или культурным азиатским рисом, и родом из региона Великих озер.