Международное исследование, выполненное в рамках междисциплинарного проекта, открыло генетический механизм, способный значительно повысить устойчивость зерновых культур к климатическим изменениям. В ходе исследования был идентифицирован биологический регулятор, контролирующий переход семени из состояния покоя в фазу прорастания. Это открытие предоставляет новые возможности для разработки селекционных программ, направленных на создание сортов растений с повышенной стрессоустойчивостью.
Семенной покой — это физиологическое состояние, при котором семя не прорастает даже при оптимальных условиях окружающей среды. Для агропромышленного комплекса эта проблема имеет двойственный характер: преждевременное пробуждение семян приводит к прорастанию урожая до его сбора, что снижает качество продукции и вызывает экономические потери, оцениваемые более чем в один миллиард долларов ежегодно. С другой стороны, длительный период покоя задерживает сроки посева, что также негативно сказывается на урожайности.
В процессе исследования был выявлен ген MKK3, который играет ключевую роль в контроле процесса выхода семени из состояния покоя. Количество копий и уровень экспрессии этого гена определяют продолжительность периода покоя: увеличение количества копий гена способствует ускорению прорастания и сокращению периода покоя, что позволяет рассматривать ген MKK3 как своего рода «биохимический будильник» для семян.
Детальный анализ более тысячи образцов ячменя из различных регионов выявил генетический полиморфизм гена MKK3. В Восточной Азии, где часто наблюдаются обильные осадки, преимущество получили формы с длительным периодом покоя, что обеспечивает защиту от преждевременного прорастания. В то же время в северной Европе фермеры отдают предпочтение формам с коротким периодом покоя, что особенно важно для пивоваренной промышленности, где требуется быстрое прорастание зерна.
Особое внимание было уделено голозёрному ячменю, выращиваемому на Цинхай-Тибетском плато. В этом высокогорном регионе ген MKK3 проявляет повышенную активность, что позволяет семенам прорастать в экстремальных условиях. Местные фермеры используют специальные агротехнические приёмы, такие как предварительная сушка, обжарка и измельчение зерна, что обеспечивает быстрое прорастание даже при низких температурах и заморозках.
Результаты исследования демонстрируют, что использование различных аллельных вариантов гена MKK3 может служить основой для разработки селекционных программ, направленных на повышение устойчивости зерновых культур к климатическим стрессам. Это открытие имеет значительное значение для разработки стратегий по обеспечению продовольственной безопасности в условиях глобального изменения климата и представляет собой важный вклад в развитие современной агробиологии.