ПЦР-тест для окинавской мозуку может повысить урожайность и помочь создать термоустойчивые штаммы

Ученые из Окинавского института науки и технологий (OIST) сообщили, что простой ПЦР-тест может улучшить культивирование съедобной бурых водорослей окинавская мозуку и даже помочь в создании термоустойчивых штаммов. Тест, описанный в новом исследовании, опубликованном 9 июня 2022 года в Phycological Research, выявляет девять генов, которые определяют стадию жизненного цикла водоросли, а также ее пол.

Окинавская мозуку (Cladosiphon okamuranus) — популярный водорослевый суперфуд в Японии, который фермеры культивируют вдоль побережья Окинавы с 1980-х годов. Осенью фермеры выращивают зародыши (семена) мозуку в резервуарах, чтобы стимулировать образование почек. Затем их переносят в океан на сетях, где они растут до сбора урожая весной. Ежегодно собирают около 15 000–20 000 тонн мозуку, что приносит местной экономике более 2 миллиардов иен.

Однако фермеры сталкиваются с тремя основными проблемами:

1. Часть семян не дает почек.
2. Водоросли иногда отрываются от сетей и уносятся течениями.
3. Водоросли чувствительны к теплу, а рост океанских температур тормозит их рост.

«В 2010 году урожай упал более чем вдвое по сравнению с обычным годом, что связывают с аномально теплой зимой, — сказал доктор Коки Нисицудзи из подразделения морской геномики OIST. — Из-за изменения климата такие зимы могут участиться, поэтому нужны новые термоустойчивые штаммы».

Один из эффективных способов создания таких признаков — скрещивание разных штаммов. Однако ученые сталкивались с трудностями, так как не могли различить мужские и женские зародышевые клетки водорослей визуально — только по ДНК.

Используя расшифрованные геномы четырех штаммов (S, K, O, C) окинавской мозуку и родственного вида Nemacystus decipiens (ито-мозуку), команда определила девять ключевых генов, определяющих пол. ПЦР-тест показал, что пять генов обнаруживаются только у самцов, а четыре — только у самок.

«Теперь, когда мы можем определить пол, мы начали скрещивать O-штамм с S- и K-штаммами, чтобы проверить, повысится ли термоустойчивость, — сообщил доктор Нисицудзи. — Мы также работаем над маркерами для разных штаммов, чтобы подтвердить успешность скрещиваний».

Кроме термоустойчивости, скрещивание может помочь создать штаммы, которые прочнее прикрепляются к сетям, решая проблему потери урожая.

ПЦР-тест также полезен фермерам на этапе «посева», позволяя определить стадию жизненного цикла зародышей.

Жизненный цикл мозуку сложен и уникален. В отличие от диплоидных животных (два набора ДНК), у мозуку зародыши бывают гаплоидными (один набор) и диплоидными. Только диплоидные зародыши дают почки и превращаются в съедобные водоросли. Если в резервуар попадают гаплоидные зародыши, урожайность падает.

«Диплоидные зародыши выглядят так же, как гаплоидные, поэтому фермеры часто теряют урожай, — пояснил доктор Нисицудзи. — Но наш ПЦР-тест может определить диплоидные зародыши, так как они содержат все девять мужских и женских генов».

Осенью команда начнет сотрудничество с Окинавским центром рыболовства и морских технологий и рыболовным кооперативом Онна, чтобы с помощью ПЦР-тестов повысить урожайность.

Важно, что гены-маркеры пола, обнаруженные в этом исследовании, вероятно, схожи и у других экономически важных бурых водорослей, таких как Undaria pinnatifida (вакамэ) и Saccharina japonica (комбу).