Ускоренная селекция дынь благодаря умному сочетанию технологий
Новые интеллектуальные комбинации современных молекулярных методов позволяют значительно ускорить селекционные программы: создание нового сорта может вскоре занять всего два года вместо нынешних пяти или десяти. Данные секвенирования ДНК уже можно напрямую связывать с важными наследственными признаками, такими как устойчивость к болезням, вкус и срок хранения.
"Без такого уровня понимания селекционные программы были трудоемкими и не очень специфичными", — говорит д-р Сандер Петерс, биоинформатик из Wageningen UR. "Правильно анализируя информацию из данных секвенирования, селекционеры теперь могут проводить гораздо более целенаправленный поиск желаемых свойств и создавать более сфокусированные комбинации родительских форм. Эти знания очень ценны, и мы сейчас работаем над дынями вместе с компаниями частного сектора".
Проект "100 геномов дыни"
Петерс возглавляет новый проект "100 геномов дыни", в котором Wageningen UR уже сотрудничает с пятью селекционными компаниями, включая East-West Seed из Таиланда. Координатор проекта — д-р Роб Диркс из Rijk Zwaan Breeding BV. Профессор Ханс де Йонг из Wageningen University вносит генетическую экспертизу, а Виллем ван Дуйеверт из Центра генетических ресурсов (CGN) предоставляет коллекцию дынь. Участники совместно расшифруют геномы ста сортов дыни и пяти диких родственников. Проект является преемником высокоуспешного проекта "Секвенирование 150 геномов томата", но с новыми инновациями в распоряжении.
Дыни с более длительным сроком хранения и лучшим вкусом
Дыни — важная продовольственная культура в мире, стоимостью 335 миллиардов долларов США в 2011 году. Однако акцент на высокую урожайность в селекции сортов дыни привел к потере других важных свойств, таких как устойчивость к грибам, вирусам и насекомым, а также засухоустойчивость. Пострадал и срок хранения. "Собранные дыни могут неделю находиться в пути и почти испортиться к моменту прибытия", — отмечает Петерс. "Лучшая сохранность позволяет транспортировку на большие расстояния. Кроме того, существует спрос на сорта с более тонкой кожурой, мелкими семенами и большим вкусом.
Хотя обратное скрещивание с дикими видами позволяет передать эти качества новым сортам, оно также непреднамеренно приводит ко многим нежелательным примитивным признакам, таким как мелкие кислые плоды. Очень тщательный выбор родительских пар для скрещивания — с обеспечением совместимости их геномных структур — позволяет преодолеть эту проблему и легко удалить лишнюю, нежелательную ДНК путем обратного скрещивания. Это облегчает предварительное прогнозирование перспективных комбинаций".
Дикие дыни
Один из диких кандидатов — Cucumis melo var. dudaim, ароматная мелкая дыня, более известная под образным названием "карманная дыня королевы Анны". Оно отсылает ко временам до душа и стиральных машин, когда люди носили эти дыни под одеждой, чтобы лучше пахнуть. Дикие дыни поступили из CGN, хранилища дикого и примитивного материала в Вагенингене. По словам Петерса, эти коллекции становятся все более ценными, поскольку использование новых материалов, собранных в дикой природе, было серьезно ограничено международными соглашениями в 2011 году (см. Нагойский протокол о доступе к генетическим ресурсам и совместном использовании выгод).
Технологическая революция в селекции растений
В последнее время были сделаны гигантские шаги в секвенировании и картировании геномных структур. Селекция растений вступает в технологическую революцию благодаря умным комбинациям различных методов в геномике и биоинформатике, а именно: оптическому картированию, технологии секвенирования Illumina и PacBio.
Оптическое картирование — это метод создания карты генома. В нем используются так называемые никирующие ферменты, каждый из которых разрезает одну цепь двухцепочечной ДНК в определенном месте. Эти разрывы затем восстанавливаются и маркируются флуоресцентными нуклеотидами. Illumina позволяет тщательно анализировать очень короткие фрагменты ДНК — до 300 пар оснований. Технология секвенирования PacBio может работать с более длинными фрагментами ДНК — до 50 000 пар оснований, в то время как оптическое картирование может анализировать фрагменты ДНК длиной до одного миллиона пар оснований.
"Оптическое картирование — это значительное улучшение по сравнению с секвенированием следующего поколения", — отмечает Петерс. "Предыдущие методы сводились к сортировке и сборке небольших фрагментов ДНК, как если бы кто-то перевернул коробку с кусочками пазла. В таком трудно разобраться, и легко ошибиться: некоторые кусочки похожи друг на друга и подходят, но на самом деле не принадлежат друг другу. То, что более крупные фрагменты можно быстрее, точнее и надежнее сопоставить, делает комбинацию методов секвенирования и оптического картирования такой удобной".
Раковые клетки
Это также интересно клиническим генетикам в учебных больницах. Разные типы раковых клеток могут характеризоваться уникальным изменением структуры генома. "Если вы можете связать структурные изменения в геноме такой клетки с типом рака, вы можете легче сформулировать персонализированную терапию", — указывает Петерс. "И этот метод также многообещающ для фундаментальных исследований эволюции видов".