Исследователи разработали новый метод создания мужской стерильности в рапсе с помощью технологии CRISPR/Cas9, увеличивая производство гибридных семян.

Гетерозис, также известный как гибридная сила, это явление, при котором потомство, полученное путем скрещивания двух инбредных линий, превосходит производительность родительских линий. В сельскохозяйственных культурах, особенно в инбредных видах, гетерозис может значительно увеличить урожайность на 20–50%.

Рапс - это масличная культура, которую выращивают для производства растительного масла, и она является важным сельскохозяйственным культурным растением. Гибриды сыграли ключевую роль в увеличении урожайности и общего производства рапса, особенно в главных производственных регионах, таких как Канада, Китай и Европа. В рапсе основной подход к созданию гибридов основан на использовании мужской стерильности, что позволяет использовать преимущества гетерозиса.

Мужская стерильность - это аномалия развития пыльников у высших растений во время полового размножения. Ее существование было обнаружено у табака и других растений, таких как рис, кукуруза, рапс и соя.

Мужская стерильность может быть цитоплазматической (ЦМС) или генетической (ГМС). ЦМС, обычно контролируемая митохондриальными генами и некоторыми ядерными генами, используется для производства гибридных семян с трехлинейной системой. ЦМС устраняет необходимость удаления пыльников и делает процесс производства гибридных семян более простым.

Однако в рапсе существуют некоторые ограничения и проблемы с использованием существующих систем цитоплазматической мужской стерильности. Некоторые системы, такие как Pol, не стабильны из-за внешних факторов, в то время как системе Ogu сложно найти подходящих восстановителей. Ограниченное генетическое разнообразие и повышенная восприимчивость к болезням также ограничивают применение систем цитоплазматической мужской стерильности.

Поэтому селекция рапса сталкивается с серьезными проблемами из-за сложности и ограничений в существующих системах мужской стерильности. Традиционные методы требуют сложных процессов и чувствительны к условиям окружающей среды, что приводит к нестабильному и неэффективному производству гибридных семян.

Исследователи из Чжэцзянского университета и Цзясинской Академии сельскохозяйственных наук разработали новый подход с использованием технологии CRISPR/Cas9. Они нацелили ген BnDAD1, который играет роль в процессе биосинтеза жасмоновой кислоты, чтобы создать мужскую стерильность у рапса, упрощая производство гибридных семян. Результаты исследования опубликованы в журнале Horticulture Research.

Исследователи успешно нарушили ген BnDAD1, который экспрессируется в тычинках цветочных почек рапса, с помощью технологии CRISPR/Cas9. Это нарушение привело к мужской стерильности из-за дефектов в раскрытии пыльников и созревании пыльцы у рапса.

Используя экзогенный метилжасмонат, исследователи смогли восстановить фертильность в мужскостерильных линиях, что позволило получить гибридные семена F1.

Исследователи объявили: "Мы предлагаем новый метод, включающий нарушение важного гена BnDAD1 в пути биосинтеза жасмоновой кислоты с использованием технологии CRISPR/Cas9 для создания мужской стерильности в рапсе. Нарушение BnDAD1 приводит к снижению уровней α-линоленовой кислоты и жасмоната в двойных мутантных линиях, что приводит к дефектам в раскрытии пыльников и созревании пыльцы. 

Скрещивая мужскостерильные линии с мужскими фертильными линиями, мы продемонстрировали возможность производства семян F1 с помощью двухлинейной системы. Этот прорыв обладает значительным коммерческим потенциалом и обещает улучшить эффективность и устойчивость производства рапса. Наши результаты являются значительным прогрессом в области производства гибридного рапса. Использование CRISPR/Cas9 для индукции мужской стерильности упрощает процесс селекции и открывает широкие возможности для повышения урожайности и устойчивости рапса", - отмечает доктор Лиси Цзян, ведущий исследователь из Чжэцзянского университета.

Это новая двухлинейная система предлагает более простой и эффективный метод производства гибридных семян по сравнению с традиционными методами.

«Мужская стерильность, полученная с помощью CRISPR/Cas9, является стабильной и полной, независимо от условий окружающей среды, что делает ее надежным решением для производства гибридного рапса. Этот инновационный подход имеет большой коммерческий потенциал и обещает повысить эффективность и устойчивость производства рапса. Наши результаты являются важным шагом в области производства гибридного рапса. Использование CRISPR/Cas9 для создания мужской стерильности упрощает процесс селекции и открывает перспективы повышения урожайности и устойчивости рапса», - подчеркивает доктор Лиси Цзян.