Испанские ученые повышают засухоустойчивость сорго новыми методами

Группа ученых из Центра исследований в агрогеномике (CRAG) под руководством Аны И. Каньо-Дельгадо добилась значительных успехов в изучении молекулярных механизмов и совершенствовании селекции сорго. Результаты трех недавних исследований проливают свет на возможности этой культуры, занимающей пятое место в мире по объемам выращивания и имеющей особое значение для засушливых и полузасушливых регионов планеты.

Сорго все чаще рассматривается как ключевая продовольственная культура не только в Африке, где его возделывают веками, но и в других частях света. Это связано с его высокой питательной ценностью и устойчивостью к неблагоприятным климатическим условиям, особенно к нехватке воды. В Европе наблюдается рост интереса к сорго как к альтернативе в севообороте, особенно в регионах, подверженных засухам. Европейский Союз активно поддерживает его выращивание как климатически устойчивой культуры, что привело к увеличению общего производства сорго на 57% за последнее десятилетие. Франция лидирует в этом направлении: в прошлом году под зерновое сорго было отведено 103 000 гектаров.

Испания является крупным импортером сорго в Европе, в основном для кормов для животных, но с перспективой использования в пищу человека в будущем. В 2020 году в страну было импортировано 158 000 тонн сорго. Увеличение его выращивания на территории Испании могло бы снизить зависимость от импорта. Для сравнения, за последние шесть месяцев Испания импортировала 303 000 тонн ячменя, что делает его третьей по объему импортируемой культурой.

Научные исследования, проводимые в CRAG, находятся на переднем крае изучения сорго. Усилия сосредоточены на дальнейшем повышении его адаптивности к стрессовым условиям и улучшении методов работы с ним в лаборатории для будущих селекционных программ. Исследовательская группа под руководством Аны И. Каньо-Дельгадо посвятила изучению этой культуры последние 20 лет, получив многочисленные гранты, включая ERC PoC от Европейского исследовательского совета (ERC). За последние полгода группа опубликовала три научные статьи, имеющие большое значение для отрасли.

В первом из этих исследований, опубликованном в Plant Biotechnology Journal, команда определила, что мутации в белке-рецепторе брассиностероидов сорго двуцветного, SbBRI1, придают засухоустойчивость за счет изменения метаболизма фенилпропаноидов. Это открытие указывает на молекулярный механизм повышения устойчивости сорго к засухе — критически важного признака для климатически устойчивого сельского хозяйства.

Вторая работа, опубликованная в The Plant Journal, подробно описывает значительный прогресс в биотехнологии сорго: эффективный метод трансформации с использованием системы тройного вектора в сочетании с морфогенными регуляторами. Предыдущие инструменты и методы были недостаточно эффективны для изучения некоторых сортов сорго, что создавало серьезные проблемы для ученых и селекционеров. Новый протокол решает эту проблему, обеспечивая высокоэффективную трансформацию с использованием Agrobacterium tumefaciens и позволяя применять новые методы селекции, такие как редактирование генов, для ускорения улучшения сельскохозяйственных культур. Эта технология удваивает эффективность трансформации так называемых рекальцитрантных сортов сорго, то есть устойчивых к генетической трансформации.

Хуан Б. Фонтанет-Мансанеке, ведущий автор обоих исследований, поясняет, что их цель *состоит* в том, чтобы вооружить сообщество исследователей сорго не только передовыми молекулярными инструментами для ускорения селекции, но и указать на ключевые гены-мишени, необходимые для создания засухоустойчивых культур.

Третье исследование, опубликованное в New Phytologist Journal, характеризует роль белка SbBRI1 в развитии корневой системы, особенно в области меристемы. Оно связывает этот белок с метаболизмом клеточной стенки и демонстрирует, что SbBRI1 у сорго выполняет функционально консервативные роли в росте и развитии растений. Развитие корневой системы имеет решающее значение для общего роста и здоровья растения и влияет на его реакцию на стрессовые факторы окружающей среды.

Андрес Рико-Медина, первый автор этого исследования, отмечает, что они *адаптируют* протоколы окрашивания и визуализации, используемые для модельных растений, таких как Arabidopsis, чтобы их можно было применять для изучения сорго. Он также указывает, что эта адаптация *помогает* преодолеть разрыв между лабораторными исследованиями засухи и агрономическим контекстом, тем самым способствуя практическому применению этих научных достижений.

Сорго все чаще рассматривается как важнейшая культура для адаптации к изменению климата из-за его толерантности к высоким температурам и засухе, особенно по сравнению с кукурузой — наиболее широко выращиваемым злаком в Европе, который очень чувствителен к водному стрессу. Ожидается, что значение сорго в Европе будет возрастать по мере изменения климата. Расширение его посевов в Испании может создать новые экономические возможности для фермеров, снизить зависимость от импорта и стимулировать местное сельскохозяйственное производство. В Каталонии в 2023 году было произведено более 100 000 тонн сорго, из которых более 90% предназначалось для кормов для животных.

Кроме того, сорго является злаком, не содержащим глютен, что особенно актуально для пищевой промышленности. Его адаптивность и высокая питательная ценность делают его ключевой культурой для повышения продовольственной безопасности. Растущий спрос на сорго для потребления человеком, который, по прогнозам, увеличится примерно на 6% в 2024 году, подчеркивает его потенциал для улучшения питания, особенно по мере того, как исследования приводят к созданию новых сортов.

Ана И. Каньо-Дельгадо, руководитель группы, заявляет, что это исследование *представляет* для CRAG значительную возможность для запуска проектов по передаче технологий, стимулирования сотрудничества между государственным и частным секторами и демонстрации превосходной работы их исследователей.

Эти три прорывных научных достижения исследователей CRAG не только открывают путь к более устойчивому и продуктивному выращиванию сорго, но и знаменуют собой важный шаг вперед в решении глобальных проблем продовольственной безопасности и питания. Более того, эти открытия актуальны и для других важнейших культур, таких как кукуруза, пшеница и рис, поскольку они также имеют сигнальные пути брассиностероидов. Это создает возможности для климатически оптимизированного сельского хозяйства с более устойчивыми и жизнеспособными сортами.