2026-05-22
Усиление глобального изменения климата и частые засухи ставят под угрозу продовольственную безопасность в мире. Кукуруза является не только важной продовольственной и кормовой культурой во всем мире, но и ключевой товарной культурой. Однако кукуруза по своей природе «не переносит засухи», а период цветения — это самый уязвимый этап её развития: при засухе урожайность резко падает. Поэтому исследование и улучшение засухоустойчивости кукурузы в период цветения всегда оставались ключевыми научными задачами в области биологии и генетической селекции кукурузы.
20 мая группа профессора Цинь Фэна из Факультета биологии Китайского сельскохозяйственного университета и Национальной ключевой лаборатории по высокоэффективному изучению стрессоустойчивости растений опубликовала в журнале «Nature» научную статью под названием «A SAUR gene enhances maize drought resilience by promoting silk elongation» («Ген SAUR повышает устойчивость кукурузы к засухе за счет стимулирования удлинения рылец»). В ходе исследования с помощью метода клонирования QTL был выявлен ген, кодирующий белок Small Auxin Upregulated RNA72 (SAUR72), который регулирует признак ASI у кукурузы. Ген SAUR72 специфически высокоэкспрессируется в тычинках и подавляется при засухе. Белок SAUR72 в клетках тычинок, ингибируя фосфатазу PP2C-D1, активирует H+-АТФазу в плазматической мембране, способствуя быстрому удлинению клеток тычинок, что, в свою очередь, ускоряет выделение рылец из женского початка, сокращает показатель ASI кукурузы в условиях засухи и значительно повышает стабильность урожайности кукурузы в засушливых условиях. Это открытие обеспечивает важную теоретическую и техническую основу для выведения новых засухоустойчивых и стабильно урожайных сортов кукурузы.
В ходе исследования на основе двух инбредных линий кукурузы, демонстрирующих значительные различия в показателях ASI в условиях засухи, была сформирована селекционная популяция. Благодаря многолетней фенотипической идентификации и точной локализации ASI в условиях полевого засушливого стресса удалось успешно клонировать ключевой ген ZmSAUR72, определяющий устойчивость к засухе в период цветения. Исследование показало, что в промоторной области превосходного аллеля ZmSAUR72 у засухоустойчивых линий имеется делеция длиной 609 п.н., что позволяет ZmSAUR72 сохранять высокий уровень экспрессии в тычинках в условиях засухи. Кроме того, ряд биохимических, молекулярно-биологических и клеточных экспериментов (включая двойной гибридизацию дрожжей, иммунокопреципитацию в протопластах, двухмолекулярную флуоресцентную комплементарность, определение ферментативной активности и наблюдение за клетками тычинок) было подтверждено, что ZmSAUR72 взаимодействует с протеинкиназой ZmPP2C-D1, локализованной в плазматической мембране, и ингибирует её фосфокиназную активность, тем самым снимая её ингибирующее воздействие на H+-АТФазу плазматической мембраны. Повышение активности H+-АТФазы плазматической мембраны способствует выведению H+ и окислению клеточной стенки, стимулируя быстрое удлинение клеток тычиночных нитей и увеличивая скорость их роста, что приводит к снижению показателя ASI и повышению стабильности урожайности кукурузы в условиях засухи. Кроме того, нокаут гена ZmPP2C-D1 с помощью методов генной редакции также позволяет эффективно снизить показатель ASI кукурузы и повысить урожайность в условиях засухи.
Анализ локуса SAUR72 у 1011 образцов кукурузы показал, что примерно 20 % кукурузного зародышевого материала по-прежнему несет неблагоприятный аллель с вставкой длиной 609 п.н. В будущем в рамках молекулярного селекционного проектирования кукурузы можно будет внедрять благоприятный аллель с помощью методов редактирования генома или технологий, основанных на молекулярных маркерах, что позволит точно улучшить засухоустойчивость кукурузы и ускорить выведение новых засухоустойчивых и стабильно урожайных сортов.
Как стало известно, профессор Цинь Фэн из факультета биологии Китайского сельскохозяйственного университета является корреспондентским автором данной статьи, а постдокторант Чжу Чаохуэй и профессор Ян Чжируй — соавторами-первыми авторами. Данное исследование было поддержано в рамках таких проектов, как Государственная ключевая программа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, Национальный фонд естественных наук, исследовательский фонд «Пиньдуодуо» — Китайский сельскохозяйственный университет, программа «Новые звезды науки и техники» города Пекина, а также программа подготовки кадров «2115» Китайского сельскохозяйственного университета.
