Открытие генетического разнообразия пшеницы может стать решением проблемы глобальной продовольственной безопасности

Исследователи обнаружили, что разные сорта пшеницы могут использовать свои гены по-разному. Изучая молекулы РНК, которые выполняют инструкции ДНК, учёные впервые картировали активность генов. Это позволит ускорить международные программы селекции пшеницы для создания сортов, адаптированных к климатическим изменениям.

Исследование опубликовано в Nature Communications.

Пшеница — самая широко возделываемая культура в мире, её ежегодно выращивают на площади более 215 млн гектаров. Чтобы удовлетворить потребности растущего населения, селекционерам необходимо увеличить производство пшеницы примерно на 60% в течение следующих 40 лет.

Пан-транскриптом пшеницы — мощный инструмент для решения этой задачи. Он позволит селекционерам ускорить повышение урожайности и создать более устойчивые сорта, лучше приспособленные к повышению температур, нехватке воды и плохому качеству почвы. Важно, что этого можно достичь без увеличения зависимости от удобрений, которые связаны с утратой биоразнообразия и загрязнением.

Как отметила старший научный сотрудник Института Эрлхэма и соавтор работы доктор Рейчел Рашолм-Пилчер, исследование выявило «слои скрытого разнообразия» среди современных сортов пшеницы, которые, вероятно, лежат в основе успеха этой культуры в самых разных условиях по всему миру.

Учёные обнаружили, как группы генов работают вместе как регуляторные сети, контролируя экспрессию генов. Исследование позволило увидеть, как эти сетевые связи различаются у разных сортов, выявив новые источники генетического разнообразия, которые могут быть критически важны для повышения устойчивости пшеницы.

Эта работа создала важный ресурс для мирового сообщества исследователей пшеницы, демонстрируя, как национальное и международное сотрудничество с использованием новых технологий может привести к прорывам в обеспечении глобальной продовольственной безопасности.

Значительная часть неиспользуемого генетического разнообразия может происходить из адаптации пшеницы к разным условиям за время её эволюции, сформированной более чем 100 годами современной селекции и 10 000 лет возделывания.

Доктор Мануэль Шпаннагл из Центра Гельмгольца в Мюнхене отметил, что новый атлас экспрессии позволил независимо предсказать и сравнить генный состав сортов пшеницы. Используя эти предсказания вместе с данными пан-транскриптома, учёные выявили значительные вариации в суперсемействе проламинов и иммунореактивных белков между сортами.

Секвенирование изоформ транскриптов и de novo аннотирование были выполнены группами технической геномики и базовой биоинформатики Института Эрлхэма.

По словам доктора Карима Гарби, главы группы технической геномики, эта работа демонстрирует способность технологий раскрывать новую биологию — в данном случае, ранее не задокументированное функциональное разнообразие. Ресурсы пангеномики пшеницы быстро растут, и ещё большее разнообразие предстоит открыть.