Селекция кукурузы на эффективность использования воды может стать проще

Около 80% водных ресурсов США используется в сельском хозяйстве. В условиях менее предсказуемых осадков и более интенсивных засух ученые из Университета Иллинойса работают над созданием более эффективных культур для снижения потребления воды.

"Есть старое исследование, показывающее, что акр кукурузы транспирирует и теряет в воздух 3–4 тысячи галлонов воды в день. При 90 миллионах акров кукурузы в США и длительности вегетационного периода это огромное количество воды. Необходимо много улучшений", — говорит Тони Штудер, автор нового исследования в The Plant Journal.

Предыдущая работа его группы показала, что эффективность использования воды у кукурузы можно повысить на 10–20% с помощью селекции, что снизит стресс растений при кратковременных засухах. Однако сам процесс селекции необходимо сделать более эффективным.

Традиционное измерение эффективности использования воды с помощью приборов, фиксирующих потоки CO₂ и водяного пара через лист, — медленный и дорогой процесс. "Если вы хотите изучать водопользование в масштабах селекционного поля, вам нужно что-то более быстрое", — отмечает Штудер.

В новом исследовании Штудер и его коллеги разработали лабораторный метод для скрининга сотен или тысяч растений. Метод основан на анализе соотношения двух изотопов углерода в тканях растений: более легкого и распространенного ¹²C и более тяжелого и редкого ¹³C.

Для многих растений соотношение ¹²C/¹³C в тканях указывает на их эффективность использования воды. До сих пор не было известно, надежно ли это работает для кукурузы. Исследование Штудера показывает, что да.

"Мы обнаружили значительную вариацию в соотношении ¹²C/¹³C у 36 различных линий кукурузы, и эта характеристика наследуется в разных условиях окружающей среды", — говорит ученый. Доказательство наследуемости и стабильности признака — ключевое условие для работы селекционеров.

Результаты, полученные в контролируемых тепличных испытаниях и за три полевых сезона, предоставляют искомый эффективный метод. Показано, что инбредные линии с определенным диапазоном углеродного соотношения могут обладать большей эффективностью использования воды (хотя влияние на гибриды еще предстоит изучить).

"В прошлом исследовании мы нашли потенциал для улучшения. Здесь мы показываем, что признак измерим и наследуем, и мы можем использовать это для улучшений. Следующий шаг — идентификация генов в этих регионах генома, которыми можно управлять. Мы прошли путь от базовой научной идеи до точки, где можем реально вносить улучшения", — заключает Штудер.