Щороку мільярди доларів втрачаються через передчасне проростання (PHS), коли зерна та насіння починають проростати на рослині до збору врожаю. Це явище, викликане теплою та вологою погодою, загрожує якості врожаю та загострює глобальні проблеми продовольчої безпеки. Однак нове дослідження, проведене вченими з дослідницької лабораторії Carlsberg у Данії, виявило генетичний механізм, який контролює, коли ячмінь проростає, потенційно пропонуючи рішення цієї широко поширеної проблеми.
Коріння проблеми: одомашнення та сплячка
PHS не є природним явищем; це наслідок агротехніки. Коли перші фермери одомашнили ячмінь, вони віддавали перевагу культурам, які швидко проростають після посадки. Це вимагало скорочення природного періоду спокою насіння, життєво необхідної паузи, яка запобігає проростанню, поки не створяться ідеальні умови. Незважаючи на те, що ця практика дозволяє швидше висаджувати та збирати, можливо, два врожаї на рік, вона створює значну вразливість: якщо погода раптом стане надзвичайно теплою та вологою перед збором врожаю, весь урожай може почати передчасно проростати. Це робить зерно непридатним для зберігання або переробки, що негативно впливає на його цінність як для харчових продуктів, так і для пивоваріння.
Розкриття генетичного контролю: роль MKK3
Щоб вивчити причини PHS, дослідники зосередилися на MKK3, гені, який уже відомий тим, що впливає на стан спокою насіння ячменю та інших зернових культур. Вони провели комплексний аналіз ДНК понад 1000 сортів ячменю, отриманих із ферм і банків насіння по всьому світу. Дослідження також включало вирощування різних видів ячменю на полях протягом кількох сезонів, навмисно піддаючи половину рослин умовам, які можуть спровокувати PHS. Завдяки порівняльному аналізу хворих і здорових зерен, а також лабораторним дослідженням, що вивчають експресію генів і активність білка, дослідники змогли визначити, як гени MKK3 безпосередньо впливають на стан спокою насіння.
Кілька версій MKK3 контролюють стан спокою насіння
Дослідження, опубліковане в Science, показало важливе відкриття: стан спокою насіння контролюється не однією версією гена MKK3, а скоріше кількома версіями. Дикий ячмінь має лише одну копію цього гена, тоді як одомашнені сорти мають декілька. Відповідно, чим більше генів MKK3 має рослина ячменю, тим сильніший сигнал проростання, що призводить до коротших періодів спокою.
Давня сільськогосподарська практика сформувала генетичне різноманіття
Дослідники також досліджували, як ці різні варіанти MKK3 поширювалися з часом у відповідь на кліматичні умови та потреби стародавніх фермерів. Певні «гіперактивні» сорти були відібрані фермерами Північної Європи, які цінують їх чудові солодові якості. Навпаки, інші, менш активні сорти, які сприяють вищому періоду спокою, віддавали перевагу фермерам у вологому кліматі, наприклад у Східній Азії, де вони допомагали культурам пережити сезони мусонів.
Майбутнє стійкого до клімату ячменю
Ці відкриття прокладають шлях сучасним селекціонерам до створення сортів ячменю, адаптованих до конкретних регіонів і клімату. >Наша робота показує, що розуміння генетичної складності спокою насіння може допомогти селекціонерам вивести продуктивний і стійкий до зміни клімату ячмінь. Вибірково схрещуючи сорти з відповідними варіантами MKK3, фермери можуть вирощувати високоврожайні культури, які менш сприйнятливі до шкідливих наслідків передчасного проростання. Це дослідження має значні перспективи для покращення глобальної продовольчої безпеки та підтримки стійких методів сільського господарства.
