Новый арахис: дикое прошлое и одомашненное настоящее

Дикие родственники современного арахиса обладают устойчивостью к болезням, которой у культурных растений нет. Их генетическое разнообразие позволяет им противостоять заболеваниям, губящим урожай, но они дают мелкие орехи, которые сложно собирать, так как они глубоко уходят в почву.

Это генетический компромисс: в ходе эволюции современный арахис утратил генетическое разнообразие и способность бороться с грибками и вирусами, но приобрёл качества, сделавшие его доступным, устойчивым и вкусным.

Современный арахис возник 5 000–10 000 лет назад, когда два диплоидных предка (растения с двумя наборами хромосом) случайно скрестились, образовав тетраплоиды (растения с четырьмя наборами хромосом). В то время как одомашненный арахис распространился по миру, его дикие родственники остались в Южной Америке.

Исследователи из Университета Джорджии, в частности из Wild Peanut Lab в Афинах, изучают генетику этих диких видов, определяя в их геномах гены устойчивости. Цель — понять диких родственников достаточно хорошо, чтобы использовать их древние полезные гены, утраченные арахисом, сохранив при этом современные качества, важные для фермеров и потребителей.

«Большинство диких видов всё ещё растут в Южной Америке, — говорит Сорая Леаль-Бертиоли, руководитель лаборатории. — Их не так просто найти, нужно иметь «глаз коллекционера», чтобы заметить их в подлеске».

Эти дикие растения больше не могут скрещиваться с арахисом в природе, так как имеют только два набора хромосом. «Дикари — это некрасивые дальние родственники, с которыми арахис не хочет смешиваться, — говорит Леаль-Бертиоли, — но мы выступаем в роли сватов».

Учёным удалось скрестить некоторые дикие виды, создав тетраплоидные линии, которые можно скрещивать с арахисом. Эти новые линии дадут селекционерам генетические ресурсы для выведения сортов с устойчивостью к болезням и повышенной жизнеспособностью. Они станут родительскими формами для растений, которые фермеры будут выращивать в будущем.

Journal of Plant Registrations опубликовал детали о первых таких линиях зародышевой плазмы. Линии созданы командой под руководством Бертиоли, которые проводят исследования в рамках Institute for Plant Breeding, Genetics и глобальных проектов Feed the Future Innovation Lab for Peanut (USAID).

Новые линии устойчивы к ранней и поздней пятнистости листьев (болезни, которые ежегодно наносят ущерб производителям Джорджии в $20 млн) и галловой нематоде. Это «индуцированные аллотетраплоиды», созданные путём сложной гибридизации, преобразующей дикие диплоидные виды в тетраплоиды.

Вторая группа новых линий создана в Тифтоне под руководством Е (Джульет) Чу из лаборатории Пегги Озиас-Акинс. Эти три линии, полученные от пяти родственных видов арахиса, устойчивы к пятнистости листьев. Одна из них также устойчива к вирусу пятнистого увядания томатов.

Создание первых фертильных аллотетраплоидов — сложная задача, но затем их можно скрещивать с арахисом и в течение поколений отбирать нужные признаки. Селекционеры смогут скрещивать эти линии, полученные от диких родственников, с современным арахисом, чтобы получить лучшее от обоих: растение с видом, размером и вкусом современных сортов, но с устойчивостью диких видов.

Хотя селекционеры десятилетиями знали о ценности диких видов, отслеживать ценные дикие гены стало возможно лишь недавно. Отрасль Джорджии и других штатов инвестировала в секвенирование арахиса и двух видов-предков. Используя генетические маркеры, разработанные на основе генома, селекционеры теперь не только видят наличие желаемого признака, но и знают, какие участки генома за него ответственны. Это позволяет сочетать ДНК-профилирование с традиционным полевым отбором, ускоряя процесс создания нового сорта.

«Это оптимизирует всё. Можно сделать скрещивание, получить 1000 семян, и до посадки провести их ДНК-профилирование. Так вы увидите, что только 20 растений идеальны для дальнейшей селекции. Сорок лет назад пришлось бы сажать их все, что делало процесс гораздо более громоздким», — говорит Дэвид Бертиоли.

Journal of Plant Registration будет документировать выпуск других линий зародышевой плазмы арахиса с устойчивостью к важным болезням. Публикация линий вместе с молекулярными маркерами их полезных признаков предоставляет селекционному сообществу генетические ресурсы для создания более устойчивых культур.

«Раньше мы знали, куда идти, но это было похоже на то, что каждый рисовал свою карту, — говорит Дэвид Бертиоли. — Теперь у нас есть GPS. (Учёные) могут сказать друг другу: «Вот мои координаты. Какие у вас?» И все данные опубликованы».