Ожидается, что их успех поможет выяснить генетические основы межвидовой стерильности гибридов, что важно не только для понимания эволюционной биологии видообразования, но и для улучшения сельскохозяйственных культур для производства продуктов питания.Культурных видов риса всего два: азиатский (Oryza sativa) и африканский (O. glaberrima).
Африканский вид устойчив к различным абиотическим и биотическим стрессам, таким как высокая температура, и является ценным источником генов, которые могут быть полезны при производстве риса. Однако межвидовой репродуктивный барьер препятствует использованию африканских видов в программах разведения азиатских видов. Растения, полученные в результате гибридизации двух видов, при культивировании почти не дают семян. Это называется гибридной стерильностью.
Чтобы определить причину этого бесплодия, доцент Йохей Койде и доцент Акира Канадзава из Университета Хоккайдо вместе со своими сотрудниками старший научный сотрудник Йошимичи Фукута из JIRCAS и профессор Ютака Окумото из Университета Киото сосредоточились на локусе гена S1, который, как известно, участвует при гибридной стерильности. Команда создала многочисленные гибридные семена, гетерозиготные по локусу S1, которые затем подвергали облучению пучком тяжелых ионов, чтобы вызвать мутации.
Эксперименты по облучению проводились в RIKEN.При скрининге мутантов они обнаружили растения, которые давали семена, таким образом, плодородные, несмотря на то, что они были гетерозиготными по локусу S1.
Последующий генный анализ локуса S1 обнаружил делецию в гене, кодирующем пептидазу, который называется SSP. Когда команда внесла интактный SSP в азиатские виды с помощью экспериментов по трансформации и скрестила трансформант с мутантом, он восстановил стерильность гибрида, показывая, что SSP является причиной.
Интересно, что трансформация сама по себе не показала стерильности, что позволяет предположить, что SSP необходим, но недостаточен для стерильности гибридов.Затем команда исследовала эволюционные пути SSP и обнаружила, что этот ген присутствует только у африканских и некоторых других диких видов, но не у азиатских.
Это означает, что ген был приобретен или утерян на определенных эволюционных путях и сохранил межвидовые границы.«Наше исследование показывает, что межвидовой репродуктивный барьер можно преодолеть, нарушив работу одного гена.
Дальнейшие исследования могут помочь улучшить селекционные программы и повысить урожайность риса для решения проблемы нехватки продовольствия у растущего населения », — говорит Йохей Койде.