Tým vědců, jehož členem byl i Hong Ma, profesor biologie z Penn State, objevil u rýže gen, který řídí velikost a tím pádem i hmotnost rýžových zrn. Tento gen může být užitečným pro šlechtění vysokoprodukčních odrůd rýže a tak může prospět obrovské spoustě lidí, kteří jsou na této plodině potravinově závislí. 
 

Hong Ma:“Naše práce ukazuje, že je možné zvýšit výnos rýže pomocí jednoho jediného specifického genu.”

 
Výzkumníci nejprve zkoumali mutantní odrůdy rýže, které vykazovaly nízkou hmotnost zrn. „Objevili jsme konkrétní mutaci rýže, u které byla narušena schopnost tvořit zrna normální velikosti,“ řekl vedoucí týmu Zuhua He, profesor biologie na Chinese Academy of Sciences. Skupina pak testovala tohoto mutanta a zjistila, že nese mutaci na genu GIF1. „Gen GIF1 je zodpovědný za řízení činnosti enzymu – invertázy, která se nachází v buněčné stěně a přeměňuje sacharózu na složitější látky, které jsou pak použity k tvorbě škrobu,“ řekl He. „Invertáza je důležitá pro tvorbu škrobu v průběhu vývoje rýžového zrna. Pokud není invertáza aktivní, nemůže rostlina tvořit poživatelná zrna.“

Zvětšit obrázek

Zuhua He

Dále, aby otestoval schopnost genu GIF1 řídit produkci invertázy, měřil tým aktivitu invertázy u běžných odrůd rýže, u kterých gen GIF1 postrádal jakoukoliv mutaci, dále pak u mutované rýže, kde gen GIF1 obsahoval mutaci způsobující poškození aktivity invertázy. Vědci objevili, že aktivita invertázy byla u mutantní odrůdy pouhých 17 procent v porovnání s tou, která byla pozorována u normální odrůdy, což naznačuje, že gen GIF1 opravdu řídí aktivitu invertázy. Tým potom vytvořil transgenní linie rýže, u kterých byla exprese genu GIF1 nadměrná a invertáza těchto linií pracovala mnohem víc. Výsledek se dostavil, vědci zjistili, že v porovnání s normálními odrůdami měly ty transgenní větší a těžší zrna.

Stejně jako Ma byl celý tým překvapen zjištěním, že gen GIF1 byl tak specializovaným v řízení aktivity invertázy ve specifické části zrna – cévním pletivu, které přenáší živiny, a to včetně cukrů vytvořených invertázou k vývoji zrna. „Takový způsob projevu genu vůbec nebyl očekáván, protože invertáza je obecný enzym využívaný v mnoha typech buněk. Ve skutečnosti není u divoké rýže odpovídající gen specificky vyjádřen.“

Výzkumníci vytvořili transgenní linie rýže (G-2 a G-8), u kterých se nadměrně projevuje exprese genu GIF1. Při porovnání s obyčejnými odrůdami rýže zjistili, že transgenní rýže měla větší a těžší zrna. Na tomto obrázku jsou nahoře zrna bílé rýže a dole zrna hnědé rýže. (Foto: Zuhua He, Čínská akademie věd)

Tým vědců dále zjistil, že gen GIF1 je jedním z genů, který byl umělou selekcí vybrán během domestikace rýže. „Selektivním pěstováním pouze variet rýže s těžšími zrny se za tisíce let lidstvu nevědomky podařilo zvýšit četnost populací rýže, které měly modifikovaný gen GIF1,“ řekl Ma. „Tento proces způsobil, že se GIF1 projevil v cévním pletivu, a tak došlo k produkci rýže s většími zrny.“

Vědci doufají, že jejich objevy pomohou vytvořit další hybridní variety rýže, které budou produkovat ještě větší zrna. Mezitím plánují provedení doplňkových analýz, které jim pomohou porozumět tomu, jak by mohly být zapojeny další geny do procesu zvyšování výnosu rýže. „Cílem je pochopit, co řídí hmotnost zrna a další faktory a hledat způsoby, jak zvýšit výnos,“ řekl Ma.

Výzkum byl financován z grantu Ministry of Science and Technology of China, National Science Foundation of China a Shanghai Institutes for Biological Sciences. Výsledky týmu publikovali v zářijovém vydání internetového časopisu Nature Genetics a v listopadu se objeví v tištěné verzi tohoto časopisu.ˇ

Zdroj: Penn State https://www.psu.edu/