Благодаря эксперименту, начатому ещё до Великой депрессии, ученые смогли определить гены, ответственные за уникальную способность ячменя адаптироваться к разным климатическим условиям. Эти знания могут помочь сохранить урожайность этой важной культуры в условиях ускоряющихся климатических изменений.
Ячмень – одно из старейших зерновых растений, культивируемое более 12 тысяч лет. Его выращивают повсюду: от Азии и Египта до Норвегии и гор Анд в Южной Америке. На каждом новом этапе распространения случайные изменения в ДНК ячменя позволяли ему выживать в различных климатических условиях.
Вековой эксперимент в Калифорнии
Опыты по селекции ячменя начались еще в 1929 году на полях Калифорнийского университета в Дэвисе, США. Исследователи собирали и выращивали разнообразные сорта ячменя со всего мира, чтобы выявить те, которые лучше всего приспособлены к местным условиям. «Селекционеры давно понимали, что важно выращивать культуры, идеально подходящие к конкретной среде», — поясняет генетик из Калифорнийского университета Риверсайда Дэн Кениг, ведущий автор исследования.
Современные технологии позволяют ученым исследовать миллионы генетических изменений в одном эксперименте. Это дало возможность определить десятки генов, которые помогают ячменю адаптироваться к различным условиям. Один из важнейших факторов выживания — точное время цветения. Если ячмень зацветет слишком рано или слишком поздно, это может негативно сказаться на формировании семян и, следовательно, на урожайности.
Как гены помогают ячменю выживать
В Калифорнии растения должны завершить цветение до начала засушливого сезона, иначе им не хватит влаги для образования семян. Но если цветение начнется слишком рано, существует риск повреждения морозами. Исследователи обнаружили несколько генов, которые регулируют цветение в оптимальные сроки, чтобы растение могло успешно произвести семена.
Эти открытия стали возможны благодаря доступу к эксперименту Barley Composite Cross II, который начался более 90 лет назад. В ходе него тысячи генетически различных сортов ячменя соревновались друг с другом, и те, что лучше адаптировались к жаркому и сухому климату, со временем вытесняли менее приспособленные виды.
Природный отбор в ускоренном режиме
«Мы были поражены тем, как быстро произошли генетические изменения за короткий эволюционный период», — отметил Кениг. В течение 58 вегетационных сезонов, с 1929 года, разнообразие генетических линий в популяции ячменя значительно сократилось, и одна линия доминировала уже в 60% случаев без вмешательства человека.
Влияние на будущее сельского хозяйства
Понимание механизмов адаптации ячменя важно не только для продолжения производства пива и виски, но и для разработки устойчивых к климатическим изменениям сельскохозяйственных культур, таких как пшеница, рис и кукуруза. Используя современные генетические инструменты, такие как CRISPR, ученые надеются создать растения, способные зацветать в оптимальные для их среды сроки, что увеличит урожайность в условиях изменяющегося климата.
Исследования показали, что ячмень может служить моделью для других культур, помогая им выживать и адаптироваться к экстремальным климатическим условиям, что крайне важно для обеспечения продовольственной безопасности в будущем.
Фото: МК
