Новые генетические вариации из старых и экзотических сортов для экологичного выращивания пшеницы

Генные банки по всему миру вносят важный вклад в сохранение биологического разнообразия. Только в Федеральном ex situ Генном банке IPK Института Лейбница сохраняется более 150 000 старых сортов. Помимо отрицательных признаков, старые и экзотические сорта обладают множеством ценных генетических вариантов, утраченных у современных сортов, но которые могут стать решающими для растениеводства в будущем. Как же можно использовать этот скрытый клад ценного биоразнообразия для сельского хозяйства?

Именно этот вопрос исследовала научная группа под руководством IPK. Используя междисциплинарный подход с участием селекционеров, генетиков, фитопатологов и биоинформатиков, им удалось выявить новое биоразнообразие из старых сортов по признакам урожайности и устойчивости к бурой ржавчине, чтобы использовать его в растениеводстве. Результаты опубликованы в журнале Nature Genetics.

Благодаря непрерывному финансированию работы в течение шести лет со стороны Федерального министерства образования и научных исследований, удалось протестировать обширную коллекцию старых сортов пшеницы IPK Института Лейбница на урожайность и устойчивость к бурой ржавчине как в лаборатории, так и в полевых испытаниях.

«Это потребовало от всех участников проекта логистического мастерства и множества инновационных подходов для оценки потенциала старых сортов без мешающих эффектов», — говорит первый автор исследования д-р Альберт Шультесс. Для определения потенциала урожайности, например, старые сорта скрещивали с адаптированными элитными сортами. Только тогда потенциал урожайности старых сортов стал очевиден.

Но это не всё: на основе результатов исследователи создали из перспективных старых сортов так называемые «переходные линии» для селекции пшеницы, скрещивая их с современными сортами. Результаты удивили учёных: «Мы наблюдали более высокую урожайность у некоторых переходных линий по сравнению с важными современными элитными сортами», — отмечает д-р Альберт Шультесс, учёный исследовательской группы «Количественная генетика».

Проф. д-р Йохен Райф, координатор консорциума и руководитель исследовательской группы, уверен, что благодаря участию двух селекционных компаний, биоразнообразие элитного пула можно увеличить, используя новые ценные генетические вариации переходных линий: «Это очень важно для решения огромных проблем, которые изменение климата создаёт для сельского хозяйства».

Результаты исследования позволяют сделать большой шаг к земледелию с меньшим использованием пестицидов или без них. «Благодаря полному секвенированию старых и новых сортов в сочетании с ценными полевыми данными мы смогли идентифицировать возможные новые генетические варианты устойчивости к бурой ржавчине», — говорит д-р Альберт Шультесс. Это было бы невозможно без расшифровки генома пшеницы, в которой IPK Институт Лейбница сыграл ведущую роль.

«С помощью новых регионов генома, которые мы обнаружили в нескольких старых сортах, мы можем диверсифицировать иммунную систему пшеницы», — объясняет проф. д-р Йохен Райф.

Однако перед использованием новых генов устойчивости в растениеводстве ещё предстоит преодолеть серьёзные проблемы. Например, гены устойчивости необходимо валидировать и внедрить в генетический фон элитных линий. В идеале одновременно следует получить более глубокое понимание природы защитной реакции. Это позволит долгосрочно использовать новые источники устойчивости.