Цзяньсинь Ма (Jen-SHIN ‘Ma), доцент агрономии, и его коллеги-исследователи обнаружили, что мутация в гене GmHs1-1 приводит к тому, что плотная оболочка семян диких соевых бобов становится проницаемой. Фермеры выбрали этот признак около 5000 лет назад, что стало ключевым шагом к одомашниванию соевых бобов из их твердосеменного родственника Glycine soja.По словам Ма, ген может быть модифицирован для получения улучшенных сортов для регионов выращивания, в которых проницаемость семян может быть помехой.
GmHs1-1 также связан с содержанием кальция в соевых бобах, предлагая генетическую мишень для улучшения питания соевых пищевых продуктов.Понимание механизма, определяющего проницаемость семян, также может дать исследователям лучший доступ к в значительной степени незадействованному генетическому разнообразию диких соевых бобов для обогащения культурных сортов, отсутствие генетического богатства которых сдерживает повышение урожайности.
«Это первый ген, связанный с твердостью семян, который был идентифицирован у любого вида растений», — сказал Ма. «Это открытие может помочь нам быстро определить гены, контролирующие этот признак у многих других растений. Мы также рады потенциальным применениям для изменения концентрации кальция в оболочке семян.
Это может быть трансформирующим, поскольку мы идентифицируем похожие гены, которые контролируют уровень кальция в других бобовых культурах ».Жесткая засева обеспечивает долгосрочное выживание многих видов диких растений, защищая семена в суровых условиях и неблагоприятных условиях окружающей среды, позволяя им оставаться в состоянии покоя до тех пор, пока условия не станут подходящими для прорастания. Заключенные в водо- и воздухонепроницаемую оболочку, семена могут сохранять жизнеспособность в течение продолжительных периодов времени, в некоторых случаях более 100 лет.
Но твердая кожица, придающая диким семенам устойчивость, является проблемой для сельскохозяйственного производства. Он предотвращает быстрое прорастание семян с равномерным предсказуемым рисунком. Семенам дикой сои требуется от нескольких недель до месяцев, чтобы прорасти, тогда как семена культурной сои могут начать поглощать воду через 15 минут.
По словам Ма, тысячелетия назад фермеры в Азии осознали ценность проницаемости семян и искусственно выбрали этот признак для получения предшественников современных культурных сортов сои.Но генетические факторы, лежащие в основе проницаемости семенной оболочки, оставались загадкой до тех пор, пока Ма и его команда не использовали подход клонирования на основе карт, чтобы отточить GmHs1-1 как ген, ответственный за твердость посевов.Команда обнаружила, что мутация в одной паре нуклеотидов в гене вызывает проницаемость семенной оболочки, то есть изменение одной пары из примерно 1 миллиарда пар оснований, составляющих геном сои.«Мы наконец понимаем генетические изменения, которые позволили одомашнивать соевые бобы», — сказал он. «Когда мы делаем такое открытие, мы всегда очень взволнованы».
Ма сказал, что изменение гена может дать более выносливые семена для юга США и тропиков, регионов, в которых мягкая оболочка культивируемых соевых бобов снижает их жизнеспособность вскоре после сбора урожая.Это открытие также может помочь исследователям улучшить качество готовки соевых бобов и других бобовых, таких как фасоль обыкновенная, у которой разные уровни твердости семян затрудняют достижение стабильного качества.
Следующая цель команды — идентифицировать гены, которые взаимодействуют с GmHs1-1, и понять, как они работают вместе, чтобы контролировать содержание кальция и, возможно, других минералов.Статья опубликована в журнале Nature Genetics.