Генетические секреты риса прокладывают путь для сельского хозяйства и сохранения вида

Новое исследование, опубликованное в Nature Genetics под руководством учёных из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST, Саудовская Аравия) и Вагенингенского университета (Нидерланды), раскрывает новые детали эволюции риса. Оно показывает, как ДНК этой ценной культуры изменялась у разных видов. Ожидается, что результаты помогут не только повысить урожайность, но и внедрить рис в регионы, где его производство сейчас невозможно.

Рис — одна из первых одомашненных культур (около 10 000 лет назад). Искусственный отбор по питательности и другим признакам для максимизации прибыли снизил его генетическое разнообразие и, как следствие, устойчивость к стрессам окружающей среды.

В то же время дикие родственники риса (род Oryza) прошли около 15 миллионов лет эволюции. Это обеспечило им значительный массив генетических вариаций в геномах и способность адаптироваться к различным условиям, таким как жара, засуха и засоление.

«Род Oryza обладает невероятно богатой коллекцией геномов. Нам удалось объяснить последствия эволюции для совокупных геномов риса и его диких родственников», — пояснил профессор KAUST Род Винг, руководивший исследованием.

Растения могут быть полиплоидными, то есть получать несколько наборов хромосом от родителей. Эти дополнительные наборы приводят к увеличению генома, что может способствовать адаптации к новым или стрессовым условиям и эволюции новых признаков и даже видов.

Исследование изучило девять тетраплоидных и два диплоидных диких родственника риса. Учёные обнаружили, что виды можно различить по подмножествам геномов. Эти различия в основном были обусловлены транспозонами («прыгающими генами») — последовательностями ДНК, перемещающимися по геному, что является естественным механизмом создания генетического разнообразия.

Кроме того, существование диплоидных и тетраплоидных видов привело к тому, что размеры геномов различались более чем в два раза. В этой массивной ДНК содержались гены, усилившие устойчивость растения к более высоким температурам, более сухой и солёной почве и другим стрессам, характерным для Ближнего Востока и усиливающимся во всём мире из-за изменения климата.

Исследование также позволило определить эволюционное древо дикого риса, показав, когда возникали новые виды. Эта история даёт подсказки о том, когда рис переживал значительный стресс, стимулировавший геномные изменения для выживания.

«Геномный анализ этой работы даёт всестороннее понимание того, как эволюционировали рис и его сложные дикие родственники. Это создаёт комплексную основу для будущих усилий по созданию устойчивых сортов риса, способных выдерживать суровые условия окружающей среды», — сказал профессор Вагенингенского университета Эрик Шранц.

Для более чем 3,5 миллиардов людей рис является основным продуктом питания, что делает его одной из важнейших сельскохозяйственных культур в мире.