Учёные Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР) впервые детально изучили регуляторные гены, отвечающие за формирование природной окраски волокна хлопчатника. Результаты исследования позволяют перейти к созданию ДНК-маркеров для ускоренной селекции сортов с натурально окрашенным волокном бурых оттенков.
Исследование легло в основу кандидатской диссертации Александры Михайловой, научного сотрудника лаборатории постгеномных исследований ВИР. Работа выполнена под руководством директора ВИР, члена-корреспондента РАН Елены Хлесткиной. Защита диссертации состоялась 28 октября в Помпейском зале института.
Секрет природной палитры хлопчатника кроется в химическом составе растений. Натуральные оттенки волокна появляются благодаря особым соединениям: коричневый цвет дают проантоцианидины (конденсированные танины), а зелёный – производные кофейной кислоты, накапливающиеся в субериновом слое. Чтобы целенаправленно создавать такие сорта, учёным необходимо было понять, какие именно гены управляют накоплением этих пигментов.
Учёные провели детальный анализ структуры и функций регуляторных генов трёх ключевых семейств: R2R3-MYB, bHLH-MYC и WD40. Исследователи проследили, как эти гены эволюционировали, и выявили особенности их гомологичных копий, отвечающих за биосинтез бурых пигментов (проантоцианидинов). Кроме того, авторы работы впервые оценили активность (уровень транскрипции) ключевых структурных и регуляторных генов на поздних стадиях развития волокна у образцов с контрастной окраской: светло-бурой, темно-бурой, зелёной, буро-зелёной и контрольной белой.
«Мы впервые продемонстрировали, что процессы накопления природных (фенольных) пигментов также активны и на поздних стадиях развития волокна – с 31 по 41 день после опыления. В этот период не только завершается основная фаза синтеза целлюлозы, но и повышается относительный уровень транскрипции генов флавоноидного и фенилпропаноидного путей», – рассказывает Александра Михайлова.
Авторы исследования впервые представили, что у хлопчатника с буро-зелёной окраской волокна одновременно работают ключевые регуляторные гены обоих биохимических путей. Это объясняет, как в одном растении могут накапливаться разные пигменты, формирующие сложный оттенок. В результате среди множества регуляторных генов был выявлен ген-кандидат – GhMYB10-A. Именно он оказался тесно связан с изменчивостью по признаку бурой окраски волокна.
Полученные результаты создают надежную научную основу для маркер-ориентированной селекции. Это направление позволяет значительно сократить время и ресурсы на выведение новых сортов, отбирая нужные растения ещё на стадии проростков по определенным последовательностям в ДНК. В перспективе это расширит разнообразие сортов хлопчатника с природноокрашенным волокном и даст возможность отказаться от агрессивных отбеливателей и искусственных красителей в текстильной промышленности, снизив вредное воздействие на окружающую среду и здоровье людей, а также повысив качество тканей.
Результаты исследования в рамках кандидатской диссертации опубликованы в пяти высокорейтинговых журналах, рекомендуемых ВАК и индексируемых в международных системах цитирования Scopus и Web of Science, а также представлены на 10 всероссийских и международных конференциях. С материалами диссертации можно ознакомиться на сайте ВИР.
