Использование эпигенетической изменчивости в селекции растений

Эпигенетические изменения могут приводить к появлению новых признаков без изменения последовательности генов. Это может позволить растениям быстрее реагировать на изменения окружающей среды. Биологи растений из Цюрихского университета показали, что эпигенетическая изменчивость также подвержена отбору и может наследоваться. Это может расширить возможности селекции сельскохозяйственных культур.

Адаптивность благодаря эпигенетике

Биологи из Цюрихского университета продемонстрировали, что естественная эпигенетическая изменчивость у резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) подвержена отбору. Команда Уэли Гроссниклауса показала, что вновь отобранные признаки — важные для распространения семян — передаются как минимум на два-три поколения даже без давления отбора. «Эпигенетическая изменчивость способствует способности растений быстро адаптироваться к изменениям среды без изменений последовательности генома», — объясняет Гроссниклаус.

Отбор растений с эффективным распространением семян

В эксперименте учёные моделировали быстро меняющуюся среду. Они отбирали популяции Arabidopsis на протяжении пяти поколений по дальности распространения семян. Для следующего поколения использовали только семена, распространившиеся на определённое расстояние от материнского растения. Затем семена трёх независимых популяций с эффективным распространением семян выращивали вместе с семенами исходной, неотобранной популяции — но уже в среде без давления отбора. Популяции растений были детально изучены спустя ещё два поколения.

Анализ генетической активности, генома и эпигенома

Было показано, что у отобранных растений два признака, важных для распространения семян, отличались от исходной популяции: растения цвели позже и имели большее число ветвей. Эти изменения не были связаны с мутациями в геноме. Однако исследователи обнаружили значительные различия в эпигеноме: состояние метилирования было изменено примерно в 50 000 оснований ДНК. Также были найдены различия в активности генов, контролирующих, например, цветение.

Новые возможности для селекции

Даже в нормальных условиях среды без отбора новые признаки сохранялись как минимум на два-три поколения. «Как и генетическая изменчивость, эпигенетическая изменчивость подвержена отбору и вносит вклад в разнообразие признаков растений. Поскольку генетическая основа культурных растений часто очень ограничена, эпигенетика может быть использована для расширения материала для селекции», — подчёркивает Гроссниклаус.