Осока, що клонує себе насінням: що це означає для селекції без ГМО

Зазвичай при запиленні гени двох батьківських рослин перемішуються, і нащадки щоразу виходять генетично іншими. У Rhynchospora tenuis цього не відбувається: потомство отримує практично той самий набір генів, що був у батьків. Дослідники назвали явище «статевою реституцією генотипу» — раніше його не описували в жодного живого організму.

Ключ до такої поведінки — будова клітини. У цієї осоки лише дві хромосоми, тоді як, наприклад, у рису їх 24, а в людини — 46. Перед утворенням статевих клітин хромосоми зазвичай обмінюються ділянками ДНК, але тут такого обміну немає. Вчені дослідили процес кількома способами одночасно: прочитали ДНК окремих статевих клітин, роздивилися хромосоми під мікроскопом і простежили, які гени переходять до нащадків від схрещених рослин.

Виявилося, що хромосоми жодного разу не утворюють місць обміну — хіазм. Ділянка, за яку хромосому «тягнуть» під час поділу клітини, розтягнута по всій її довжині, а не зібрана в одній точці, як зазвичай. Сам поділ теж іде в незвичному порядку: спершу розходяться копії однієї й тієї ж хромосоми, і лише потім — хромосоми від різних батьків. Крім того, більші хромосоми зі значним обсягом «сміттєвої» ДНК частіше потрапляють у статеві клітини, ніж менші.

Для сільського господарства це має практичне значення. Цінність гібридного насіння — у вдалому поєднанні ознак двох батьківських рослин, але при звичайному розмноженні ця комбінація розпадається вже в наступному поколінні, тож фермери змушені купувати нове насіння щороку. Механізм Rhynchospora tenuis показує, що природа здатна зберігати вдалий набір генів без втручання ззовні й без зміни ДНК. Якщо селекціонери навчаться застосовувати цей принцип до культурних рослин, можна буде вирощувати гібриди, які передають цінні ознаки нащадкам без генної інженерії.

Дослідники перевірили дев'ять зразків рослини з Бразилії та зафіксували велику різницю між генами, отриманими від різних батьків, — понад 2%. Для порівняння, у спорідненого виду Rhynchospora breviuscula цей показник становить близько 1%. Тобто незвичний спосіб передачі генів працює навіть тоді, коли батьківські рослини генетично досить далекі одна від одної.

Вчені також відновили еволюційну історію виду: спочатку в нього було п'ять хромосом, які поступово злилися до двох. Проміжний етап із трьома хромосомами досі можна побачити у спорідненого виду Rhynchospora austrobrasiliensis — саме це допомогло простежити весь ланцюжок змін.

Що це означає на практиці. Поки що йдеться про фундаментальне відкриття, а не про готову технологію: механізм знайдено в дикорослій осоці, і його перенесення на пшеницю, кукурудзу чи овочі — справа майбутніх досліджень. Але сам факт того, що статеве розмноження може зберігати батьківський набір генів, відкриває для селекції новий шлях — без редагування ДНК і без статусу ГМО. Для батьків і студентів, які стежать за темою, це нагадування: сучасна біологія все ще знаходить явища, яких не бачила раніше, і часто вони змінюють уявлення про те, що вважалося незмінним.