К генетическому улучшению хвойных
Сосны — долгожители (от 100 до 1000 лет) и имеют высокую коммерческую ценность для производства древесины и целлюлозы. Европейский исследовательский проект ProCoGen планирует расшифровать геном сосны к 2016 году. Сложность в том, что геном сосны очень велик и сложен — он в 7 раз больше человеческого и оценивается в 3.2 миллиарда пар оснований.
Цель проекта — выявить гены и генетические сети, контролирующие важные хозяйственные и экологические признаки: продуктивность, рост, устойчивость к засухе и холоду в условиях изменения климата.
«Основная цель — развить комплексные геномные исследования хвойных, используя высокопроизводительные платформы для секвенирования, генотипирования и функционального анализа», — говорит соруководитель проекта Кармен Диас-Сала из Университета Алькала (Испания).
Проект фокусируется на секвенировании геномов двух европейских видов: Pinus sylvestris (сосна обыкновенная) и Pinus pinaster (сосна приморская), а также интегрирует данные по геному Pinus taeda — основного вида для целлюлозно-бумажной промышленности США.
Ключевая задача — разработать стратегии обработки огромных объёмов данных (например, сборки генома). Это позволит раскрыть структуру генома и понять молекулярные основы адаптации сосен к стрессам, вызванным изменением климата. Полученные знания можно будет перенести и на другие важные для Европы виды хвойных.
Преимущества геномных инструментов в лесоводстве
Оптимизация продуктивности. «Нам нужно производить больше биомассы с улучшенными свойствами, чтобы удовлетворить будущие потребности и заменить ископаемое топливо и материалы на возобновляемые», — отмечает Уве Нильссон из Шведского университета сельскохозяйственных наук.
Адаптация к внешним условиям. «Эти инструменты помогут выводить деревья, лучше приспособленные к быстрому изменению климата: с повышенной засухоустойчивостью, эффективным использованием воды и устойчивостью к насекомым и грибковым патогенам», — добавляет Нильссон.
Знание всех генов хвойных позволит, например, определить, какие из них активны в ответ на изменения фотопериода, температуры, засухи или холода. Это, в свою очередь, поможет выявить ключевые для адаптации изменения и создать эффективные селекционные программы.
Понимание экологии и эволюции
Геномный подход также проясняет экологические процессы и их генетические механизмы, например, микоризный симбиоз между деревьями и грибами. Сравнительный анализ геномов разных видов и популяций помогает понять, как геномный состав влияет на локальную адаптацию.
«Поскольку проект не фокусируется на одном виде, а пытается понять, как гены эволюционировали у разных видов, это помогает лучше понять, как состав генома может влиять на локальную адаптацию», — заключает Феликс Гугерли Кюнцле из Швейцарского федерального исследовательского института WSL.
Вызовы проекта
Одна из главных трудностей — обеспечить эффективную работу большого проекта с участием многих учёных из разных стран.
«Сотрудничество всегда сложно из-за культурного фона и политической ситуации в разных странах. С другой стороны, именно сложность этих больших геномов — это техническая проблема, которая делает всё немного сложнее, чем у других организмов», — говорит Кюнцле.
Проектная команда включает 22 партнёра. Сравнение с более эффективными научными коллективами некорректно, если они изучают менее сложные деревья (например, тополя) или не являются консорциумами сопоставимого масштаба.