Ученые из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне обнаружили пептид и соответствующий ему рецептор, которые управляют ростом соцветий по двум осям. Как выяснилось, от этих молекул зависит даже количество зерен в колосе.

Злаки удивительно разнообразны: у одних соцветия ветвистые, с множеством семян, у других — например, у ячменя — все проще: каждое зерно сидит на короткой оси, рахилле. Разница закладывается еще на этапе развития меристем — чем они активнее, тем сложнее структура колоса.

Команда профессора Рюдигера Симона из Института генетики развития выяснила, как работает этот механизм.

Оказалось, что пептид HvFCP1, который выделяют клетки рахиллы, связывается с рецептором HvCLV1 на мембране и таким образом контролирует рост меристем.

Если «отключить» гены, отвечающие за эти молекулы, соцветия ячменя становятся крупнее, а рахиллы начинают ветвиться почти как у пшеницы — тогда на одной оси может формироваться несколько зерен вместо одного.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Исследователи использовали электронную и флуоресцентную микроскопию, чтобы разглядеть процесс в деталях.

Центр продвинутой визуализации при нашем университете — уникальная площадка для такой работы, — говорит Симон.

Теперь мы можем менять архитектуру соцветий злаков, — объясняет ведущий автор исследования Исайя Варданега. — Если глубже разобраться в системе стволовых клеток ячменя, можно увеличить число зерен и поднять урожайность.

Это открытие — основа для новых методов селекции, — добавляет Симон. — Зная, как гены регулируют форму колоса, мы сможем быстрее создавать высокоурожайные сорта с помощью геномного редактирования.

Это фундаментальное открытие, но с четким прикладным потенциалом:

• Урожайность — если научиться управлять ветвлением колоса, можно увеличить число зерен без расширения посевных площадей.
• Селекция — понимание механизмов роста соцветий ускорит создание новых сортов, устойчивых к климатическим стрессам.
• Биотехнологии — тот же принцип может сработать и для других злаков, например, пшеницы или риса.

Пока исследование проводилось только в лабораторных условиях. Не факт, что модифицированный ячмень сохранит стабильность признаков в поле — возможны непредсказуемые мутации или снижение жизнеспособности растения.

Ранее ученые сообщили, что урожаи пшеницы и кукурузы падают из-за изменения климата.