Обыкновенная фасоль – это растение с долгой историей выращивания. Ее особая ценность заключается в высоком содержании белка и способности фиксировать азот из атмосферы, переводя его в форму, усваиваемую растениями в почве. Благодаря этому, она представляет собой экологически безопасную альтернативу сое, в особенности на территории Европы. Тем не менее, не все сорта фасоли устойчивы к морозам. В регионах с холодным климатом они не выдерживают замораживания.
Научная группа, работающая в Институте генетики растений и селекции имени Лейбница удалось значительно улучшить эталонный геном кормовых бобов. Для более точной сборки отдельных участков генома использовались различные методы, в том числе оптическое картирование. «Наш новый эталонный геном кормовых бобов — это точная карта с гораздо меньшим количеством пробелов, с более четкой привязкой к шести хромосомам, которая станет надежной основой для селекции», — подчеркнул профессор Мурукартхик Джаякоди. Исследователи изучили более 400 зимних и летних сортов и провели систематическое сравнение соответствующего генетического материала.
Параллельно с этим был проведен анализ ассоциаций, который позволил установить, какие генетические различия коррелируют с конкретными признаками, а именно – с зимостойкостью. Исследователи определили, какие гены активируются при воздействии низких температур. Особое внимание уделялось генам, участвующим в обеспечении холодостойкости у других видов растений.
«Мы с изумлением констатировали, что наличие единственного аллеля в определенном участке гена способно дифференцировать сорта, предназначенные для выращивания зимой, от сортов летнего посева», — отмечает Хайлин Чжан, руководитель исследования. Это можно провести аналогию с переключателем: он находится либо в положении «включено», либо в положении «выключено». В зависимости от конкретной формы этого гена, растение обладает устойчивостью к морозам или не обладает ею.
Именно этот участок генов продемонстрировал наиболее выраженный эффект при изучении морозостойкости. Гены, находящиеся в этом локусе, принадлежат к группе транскрипционных факторов CBF/DREB. Эти гены, выступающие в роли регуляторов, запускают широкий спектр защитных процессов в условиях низких температур. «Мы смогли установить, что эти гены существенно активируются при воздействии холода. Это свидетельствует об их важности для устойчивости к морозу», — говорит Хайлин Чжан. Их можно интерпретировать как своего рода стратегию действий в неблагоприятных условиях. При понижении температуры эта стратегия реализуется, и растение начинает подготовку к заморозкам.
Но на этом не заканчивается. Этот же участок гена также влияет на стабильность урожая в разных условиях. «Тот факт, что один и тот же участок гена определяет и морозостойкость, и урожайность, стал для нас весьма интересным открытием», — отмечает доктор Мартин Машер, возглавляющий исследовательскую команду. Это говорит о том, что один генетический участок контролирует несколько важных признаков. Полученные данные могут способствовать более быстрому созданию сортов озимой фасоли, устойчивых к неблагоприятным факторам. Статья опубликована в журнале Nature Genetics.
[Фото: Виндорст / Лейбниц институт генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур ]