Ученые сосредоточились на явлении семенной спячки — естественном состоянии, при котором семя не прорастает даже в благоприятных условиях. Это важно для сельского хозяйства: если семена просыпаются слишком рано, они могут прорасти на растении до сбора урожая, что снижает качество зерна и приводит к убыткам свыше $1 млрд в год. В то же время слишком долгая спячка мешает своевременной посадке следующего урожая.
Исследователи выявили ген MKK3 как ключевой регулятор периода спячки. Количество копий гена и уровень его активности определяют продолжительность «сна» семени. Чем больше копий, тем короче период спячки и быстрее прорастание. Это своеобразный «будильник» для семян.
Анализ более 1000 образцов ячменя со всего мира показал, что естественный отбор в разных регионах привёл к появлению разных вариантов гена MKK3. В дождливых районах Восточной Азии семена развивали «тихую» версию гена, которая позволяла им оставаться в спячке в сезон дождей. В северной Европе древние викинги отбирали ячмень с коротким периодом спячки, чтобы семена прорастали быстро и равномерно, что было важно для производства высококачественного пива.
Ученые уделили особое внимание уникальному сорту ячменя — цинке, или голозерному ячменю, который растёт на Цинхай-Тибетском плато. У этого сорта MKK3 работает на максимум, из-за чего семена почти сразу прорастают. Период покоя у них очень короткий, а всхожесть — одна из самых высоких в мире. Все благодаря многолетней селекции, адаптирующей ячмень к суровым условиям региона.
На плато климат суровый: с сентября по октябрь часто бывают заморозки. Поэтому фермеры собирают зерно раньше полного созревания и обрабатывают его после уборки — сушат на воздухе, обжаривают и перемалывают. Это позволяет хранить зерно зимой и быстро получать ростки после посева, даже в условиях высокогорья и низких температур.
Открытие гена MKK3 даёт возможности для «дизайна» устойчивых к климатическому стрессу культур. В будущем исследователи планируют использовать древние генетические варианты для современных сортов, чтобы растения могли развиваться в условиях изменяющегося климата и непредсказуемой погоды.
