Генетическая карта может привести к созданию лучших сортов хлопка
Ученые из Техасского университета в Остине в составе международной исследовательской группы создали самую точную на сегодня последовательность генома американского хлопка и вскоре разработают еще более детальную карту для навигации по сложному геному хлопчатника. Это открытие может помочь создать недорогой аналог американского хлопка, сопоставимого по качеству с роскошным египетским, а также вывести сорта, требующие меньше воды и пестицидов, — более щадящие для кожи и земли.
З. Джеффри Чен и его коллеги Тяньчжэнь Чжан и Ванчжэнь Го из Нанкинского сельскохозяйственного университета (NAU) в Китае описывают новый черновой вариант геномной последовательности в статье, опубликованной в Nature Biotechnology. Ранее в этом месяце Чен и другая группа ученых также получили грант в размере $2.3 млн от Национального научного фонда (NSF) для завершения работы над этой генетической картой.
Детальная генетическая карта американской сельскохозяйственной культуры, переживающей трудные времена, может оказаться критически важной для отрасли. Хлопок — важнейшая возобновляемая волокнистая культура, а его семена и масла используются в пище для людей и скота, а также в удобрениях.
Вид хлопка, который секвенирует команда Чена, — это американский, или упландский, хлопчатник (Gossypium hirsutum), на который приходится 95% всего выращиваемого хлопка. Хорошо определенная карта генома упландского хлопка позволит исследователям и фермерам лучше понять взаимодействия между генами, определяющими способность вида производить волокна и масла в семенах более высокого качества.
«Только около 20–30% клеток на поверхности семени хлопка фактически производят волокна, и никто не знает почему, — говорит Чен, профессор молекулярной генетики растений. — Более подробные знания о последовательности генома могут позволить производить больше и лучше хлопка на каждом семени или растении».
США являются ведущим экспортером хлопка, а Техас выращивает его больше любого другого штата, производя почти 30% национального объема. Эта культура приносит экономике штата около $2 млрд в год, но засухи и другие погодные изменения с 2010 года привели к серьезным потерям для техасских хлопкоробов: урожайность в некоторых районах упала на целых 50%.
В этом контексте ученые предприняли несколько попыток секвенировать геномы хлопка. Задача осложняется для упландского хлопка — растения, образовавшегося от двух предковых видов 1.5 млн лет назад и несущего вдвое больше копий генов, чем предполагаемые родительские растения. Секвенирование родительских видов, как делали предыдущие исследователи, относительно проще, но дает лишь грубое приближение к американскому хлопку — подобно тому, как карта 1800-х годов даст неполную информацию для навигации по современному городу.
«Эта последовательность ускорит генетическое и селекционное улучшение производства хлопка», — сказал Чжан, директор Института исследований хлопка в NAU.
Дэвид Стелли из Техасского университета A&M, сотрудничавший с Ченом как над статьей, так и над новым грантом, отметил, что черновая последовательность генома хлопка станет «изменяющей правила игры», открывая новую эру в исследованиях, образовании и селекции хлопка.
Хотя новая карта точна, благодаря новому гранту Чен и исследователи из Техасского университета A&M, Университета Клемсона, Университета штата Олкорн и Института биотехнологий ХадсонАльфа создадут карту генома упландского хлопка с более высоким разрешением или «золотой стандарт». Их новый метод секвенирования позволит учесть изменения, произошедшие в упландском хлопке за более чем миллион лет, и также может быть применен к другим важным сельскохозяйственным культурам.
«Большинство видов сельскохозяйственных культур также являются полиплоидными, — говорит Чен, имея в виду растения, ДНК которых содержит более двух копий каждой хромосомы. — Пшеница, овес, рапс, кофе, бананы, клубника, сахарный тростник и практически все, что мы едим, пьем и на чем живем, — полиплоиды».