Использование древней генетической вариации для повышения урожайности пшеницы

Пшеница обеспечивает половину потребляемых в мире калорий, и для удовлетворения растущего спроса необходимо значительно увеличить её производство. Новое исследование демонстрирует изменение подхода к селекции пшеницы за счёт использования ранее не задействованных источников генетической вариации для повышения урожайности.

Работа "Elucidating the genetic basis of biomass accumulation and radiation use efficiency in spring wheat and its role in yield potential" под руководством доктора Райана Джойнсона (EI) и доктора Джеммы Молеро (CIMMYT) представляет собой важный шаг в увеличении потенциала урожайности пшеницы. Исследование финансировалось Международным партнёрством по урожайности пшеницы (IWYP).

Ключевые результаты исследования:

• Выявлены геномные области, влияющие на эффективность использования радиации (RUE, преобразование солнечного света в биомассу) и накопление биомассы у яровой пшеницы.
• Показано, что повышение RUE может быть достигнуто за счёт стратегического включения в селекционные программы «экзотической» пшеницы (местных сортов и синтетической пшеницы).
• Обнаружены общие геномные области, влияющие на урожайность, биомассу и RUE.
• В регионах, связанных с RUE, обогащены гены, связанные с фотозащитой.
• Идентифицирована неиспользуемая генетическая вариация, которую можно применять в селекции.

Вызовы селекции

Несмотря на успехи «зелёной революции», темпы роста урожайности пшеницы замедлились. Для устойчивого обеспечения продовольствием 10 миллиардов человек к 2050 году урожайность необходимо более чем удвоить, однако при текущих темпах роста к этому сроку прогнозируется увеличение лишь на 38%.

Основная сложность — известный компромисс между такими признаками, как масса/количество зёрен и биомасса. Задача состоит в том, чтобы увеличить биомассу и эффективность фотосинтеза (RUE), не снижая при этом урожайность зерна.

Новый ресурс для селекционеров

В ходе двухлетнего исследования были проанализированы 150 сортов пшеницы с помощью полногеномного поиска ассоциаций (GWAS) по 31 признаку. Учёные создали важный ресурс — генетические маркеры для маркер-опосредованной селекции. Эти маркеры помогут целенаправленно повышать биомассу, массу 1000 зёрен и RUE, избегая негативных компромиссов между ключевыми признаками.

Сравнение элитных сортов с «экзотическими» линиями позволило определить перспективные геномные области для введения новой вариативности в лучшие сорта пшеницы.