Первый шаг к эпигенетически модифицированному хлопку

Новое исследование под руководством З. Джеффри Чена из Техасского университета в Остине может предложить новый способ выведения более выносливого и продуктивного хлопка с помощью процесса эпигенетической модификации.

Учёные обнаружили, что многие признаки живых организмов контролируются не только генетикой (кодом ДНК), но и процессами вне ДНК, определяющими, будут ли, когда и в каком объёме экспрессироваться гены, — это называется эпигенетикой. Это открывает возможность создания новых сортов растений без изменения самих генов, путём избирательного включения и выключения экспрессии генов.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Genome Biology, учёные идентифицировали более 500 генов, которые эпигенетически модифицированы у диких и одомашненных сортов хлопка. Некоторые из этих генов связаны с хозяйственно ценными признаками и доместикацией. Эта информация может помочь в селекции на такие признаки, как урожайность волокна или устойчивость к засухе, жаре и вредителям.

Исследователи создали «метиллом» — список генов и генетических элементов, которые были включены или выключены естественным процессом метилирования ДНК. Этот метиллом охватывает наиболее широко выращиваемый хлопчатник обыкновенный (Upland или American cotton), его родственника хлопчатник перуанский (Pima или Egyptian cotton) и их диких родственников, показывая, как эти растения менялись на протяжении более миллиона лет.

Ключевые открытия:

• Изменения в метилировании ДНК происходили по мере того, как дикие виды скрещивались, гибриды адаптировались к среде, и, наконец, люди одомашнивали их.
• Переход хлопка из растения, адаптированного только к тропикам, в культуру, растущую во многих частях мира, был вызван не генетическим, а эпигенетическим изменением.
• У дикого хлопка метилирован ген, препятствующий цветению при длинном световом дне (как летом в США или Китае). У одомашненного хлопка этот ген потерял метилирование, что позволило ему экспрессироваться и позволило хлопку распространиться по миру.

Современные селекционеры могут модифицировать метилирование генов с помощью химических веществ или технологий редактирования генов, таких как CRISPR/Cas9. Эти методы позволяют вносить целевые изменения в эпигеном растения и создавать новые сорта с улучшенными признаками. Эпигенетическая селекция применима не только к хлопку, но и ко многим другим культурам: пшенице, рапсу, кофе, картофелю, бананам и кукурузе.

Исследование также показало, что изменения метилирования ДНК в современных гибридах сходны с изменениями у дикого и культурного хлопка. Это говорит о том, что эти изменения сохраняются в ходе эволюции, отбора и доместикации, что является хорошей новостью для селекционеров, желающих, чтобы внесённые изменения не терялись в будущих поколениях.