Эпигенетика пшеницы: скрытая история глобальной культуры
Пшеница, наряду с кукурузой и рисом, обеспечивает основную долю питания человечества. Она может процветать в самых разных условиях, даже в пределах одного географического региона.
Исследовательская группа под руководством Института Эрлхэма в сотрудничестве с Центром Гельмгольца в Мюнхене, Ливерпульским университетом и Центром Джона Иннеса изучила сто различных линий пшеницы со всего мира и обнаружила целый пласт ранее неизвестной эпигенетической вариативности, которую не выявляют стандартные методы генотипирования.
Новые данные связывают эволюцию культуры и фенотипические изменения с сельскохозяйственными условиями. Это открывает путь к созданию «климатической брони» для защиты будущих урожаев с помощью новых методов селекции.
Роль эпигенетики
Помимо последовательности нуклеотидов (A, T, G, C) в ДНК, существует другой важный аспект — эпигенетика. Это изменения в экспрессии генов, не затрагивающие саму последовательность. К ним относится, например, метилирование — присоединение метильной группы к отдельным «буквам» ДНК. Метилирование может «выключать» гены или менять способ упаковки ДНК, влияя на считывание генетической информации.
Такие изменения могут возникать под воздействием окружающей среды и при этом наследоваться. Это означает, что полезные в определённых условиях эпигенетические модификации могут передаваться следующему поколению.
Географические паттерны и потенциал для селекции
Исследователи обнаружили географические закономерности в эпигенетических изменениях между изученными 100 местными сортами (landraces) пшеницы. Это говорит о том, что изменения возникли в ответ на условия конкретных регионов.
Это открывает для селекционеров новые возможности. Традиционно селекция фокусируется на SNP — единичных изменениях в последовательности ДНК, влияющих, например, на устойчивость к болезням. Теперь же, даже при идентичной последовательности ДНК, могут существовать тонкие эпигенетические различия, которые можно использовать для улучшения адаптации растений к местным условиям.
Профессор Энтони Холл, руководитель группы в Институте Эрлхэма: «Мы гордимся этой новаторской фундаментальной работой, показывающей, что метилирование ДНК предлагает широкий и стабильный источник вариативности для селекционеров пшеницы. Наш следующий шаг — превратить эту фундаментальную работу в технологию, которая будет преобразующей, актуальной и доступной для селекционеров».
Доктор Лора-Джейн Гардинер, старший научный сотрудник: «Самое удивительное, что, работая с невероятно сложным геномом, который в пять раз больше человеческого, мы, вероятно, сможем превратить это открытие в инструмент для селекционеров всего за несколько лет. Для учёного невероятно вдохновляюще осознавать, что твоё исследование может иметь такой быстрый практический эффект».