Китай проправя път за машинно производство на хибридни оризови семена

Китайски учени са идентифицирали ген, който би могъл да даде възможност за напълно механизирано производство на хибридни оризови семена, заобикаляйки настоящите времеви и трудоемки ръчни методи, които ограничават усилията за развъждане.

Чрез създаването на оризови линии както с по-малки, така и с по-големи размери на зърната, изследователите откриха, че става лесно механично отделяне на хибридните семена от останалите с помощта на сито.

„Хибридният ориз е постигнал висок добив на зърно и значително допринася за продоволствената сигурност, но интензивният ръчен труд процес на производство на хибридни семена ограничава напълно механизираното отглеждане на хибриден ориз“, екипът от Китайската академия на науките, лабораторията за семенна индустрия на Хайнан и Китайската национална Изследователският институт за ориз, пише в статия, публикувана в рецензираното списание Nature Plants на 3 юни.

„За производството на хибридни семена от следващо поколение използването на дребнозърнести мъжки стерилни линии за механично отделяне на малки хибридни семена от смесена реколта е обещаващо“, казаха те.

Предизвикателството беше намирането на ген, който може да позволи на оризовата линия да има малък размер на зърното, без да намалява броя на семената и добива.

Екипът обаче откри, че това е възможно с ″идеалния ген за размер на зърното″ GSE3. Полевите тестове показаха, че оризовите линии с гена не оказват отрицателно въздействие върху броя на хибридните семена; всъщност това доведе до увеличение от 21 до 38 процента.

Китай е пионер в хибридния ориз, при който оризът се отглежда от двама генетично различни родители и води до значително по-високи добиви на ориз. Първите търговски сортове с висок добив са създадени в Китай и сега страната е най-големият производител и потребител на хибриден ориз в света.

„Добивът на ориз се е увеличил с 20 до 30 процента поради използването на хибриден ориз през последните няколко десетилетия, като по този начин е допринесъл значително за продоволствената сигурност“, каза екипът.

Хибридният ориз е първото поколение потомство на оризово растение, което е оплодено от прашеца на генетично различно оризово растение, постигнато чрез опрашване на стерилна мъжка линия със самоопрашваща се възстановителна линия.

″Възстановяващата линия трябва да се отглежда близо до мъжката стерилна линия в отделни редове, за да се осигури достатъчно прашец за хибридизация. За да се избегне замърсяване на семената, се използва ръчен труд за отстраняване на линията за възстановяване преди прибиране на хибридни семена, което води до загуба на над 150 000 тона семена в Китай всяка година, пише екипът.

Идеалният подход за това би бил да се засади смес от стерилни и възстановителни линии и да се съберат всички семена заедно, преди механично да се отделят хибридните семена от възстановителните семена.

Предложени са методи за това – като сортиране по цвят – но те имат „присъщи недостатъци“, казаха изследователите.

Беше предложено, че намаляването на мъжката стерилна линия, което би създало по-малки хибридни семена, и увеличаването на възстановителната линия ще позволи механично разделяне с помощта на „просто сито“, каза екипът.

Екипът кръстосва сорта ″суперхибриден ориз″ Tianyouhuazhan (TYHZ) с редица други. Те откриха, че кръстосването му с дребнозърнестия сорт Xiaoligeng създава по-малка мъжка стерилна линия, която по-късно идентифицираха, че се дължи на гена GSE3.

Новата мъжка стерилна линия на екипа, наречена Xiaoqiao A (XQA), е отгледана с линия за възстановяване на голям размер на зърното, която те са създали преди това, наречена Da huazhan (DHZ). Първото поколение хибридни семена, произведени от това кръстосване, са по-малки, което позволява механичното им отделяне от по-големите семена, получени от самоопрашването на възстановителната линия.

Те откриха, че при ширина на отвора на ситото под 2,08 mm (0,08 инча), чистотата на хибридните семена, пресети според дебелината на зърното им, е около 96 процента, отговаряйки на стандартите за търговско производство. За сравнение, традиционните методи за разделяне имат чистота от 96 до 98 процента, според статията.

Въпреки че добивът на хибридни семена е по-нисък, екипът установи, че броят на семената на парцел е по-висок, използвайки линиите XQA и DHZ, което е важно, тъй като това „е определящ фактор за комерсиалното производство на хибридни семена“.

„По този начин тези полеви опити разкриват, че идеалната мъжка стерилна линия (XQA) и линията за възстановяване (DHZ) позволяват напълно механизирано отглеждане на хибриден ориз“, пише екипът.

Но създаването на оризови линии с гена GSE3 все още представлява предизвикателство, тъй като конвенционалните подходи за размножаване също изискват време и труд. За да преодолее това, екипът „разработи едноетапен метод за генериране на мутанти със загуба на функция на GSE3“, използвайки добре известния инструмент за редактиране на гени CRISPR-Cas9.

Освен ориза, изследователите казаха, че GSE3 може потенциално да се използва и при други култури за подобряване на мъжките стерилни линии за механизирано производство на хибридни семена.