Расшифрован геном эвкалипта

Ключ к выживанию лесного хозяйства в ЮАР и множество новых возможностей для возобновляемых биопродуктов, таких как биотопливо и биополимеры, теперь могут быть доступны по клику мыши.

Международная команда исследователей под руководством профессора Зандера Майбурга из Департамента генетики и Института лесной и сельскохозяйственной биотехнологии (FABI) Университета Претории (UP) в сотрудничестве с Объединенным институтом геномных исследований (JGI) Министерства энергетики США (DOE) представила полную последовательность генома лесного вида деревьев Eucalyptus grandis. Команде, поддержанной сетью из более чем 130 исследователей эвкалипта из 18 стран, потребовалось четыре года, чтобы завершить секвенирование генома и аннотировать более 40 000 содержащихся в нем генов. По словам профессора Майбурга, эти ученые, а также страны с коммерческими плантациями эвкалипта станут основными бенефициарами последовательности генома, теперь доступной в интернете. Сообщество исследователей эвкалипта продолжит работу над повышением ценности геномной последовательности для ее доступности более широкому научному сообществу. Публикация в научном журнале ожидается к началу 2012 года.

Последовательность генома можно сравнить с чертежом или очень сложным программным кодом, содержащим полный набор инструкций для развития и функционирования организма. Код написан на ДНК, которая организована в хромосомы и гены и находится в каждой клетке живого организма. Именно уникальная последовательность и экспрессия генов в эвкалиптах делают их такими эффективными производителями древесной биомассы.

Когда геном организма секвенирован (геном E. grandis имеет длину около 640 миллионов пар оснований ДНК), исследователи могут отслеживать гены, участвующие в важных характеристиках, таких как рост, качество древесины и устойчивость к болезням. В конечном итоге это приведет к более эффективным программам селекции деревьев. Сравнительные геномные исследования, например, между древесными и травянистыми растениями, также могут использоваться учеными для поиска генов, уникальных для деревьев и процессов образования древесины. Все это важные факторы в глобальном поиске альтернативных, возобновляемых источников для замены ископаемого топлива и химикатов.

По словам профессора Майбурга, США стремятся заменить около 30% своего ископаемого топлива биотопливом и другими альтернативными источниками энергии в течение следующих двух десятилетий. Исследования проводятся на растениях, богатых целлюлозой (основным химическим компонентом древесины), потому что глюкоза — строительный блок целлюлозы — может использоваться в производстве биотоплива и других возобновляемых продуктов. Деревья Eucalyptus растут очень быстро и могут поставлять необходимую биомассу для создания этих биопродуктов. «Деревья имеют преимущества в производстве биомассы. В отличие от сезонных культур, их можно собирать круглый год для стабильных поставок. Как правило, они также не конкурируют с продовольственными культурами. Кроме того, переработка древесины хорошо налажена в целлюлозно-бумажной промышленности. Аналогичные процессы можно использовать для выделения целлюлозы из древесины для биотоплива и других продуктов», — пояснил профессор Майбург.

Все вышеперечисленное стало достаточной причиной для поддержки DOE JGI проекта «Геном эвкалипта» в рамках своей программы Community Sequencing Program в 2008 году. На местном уровне Департамент науки и технологий (DST) выделил стратегические средства UP в поддержку лидерской роли профессора Майбурга в проекте и для продвижения местных исследований генома эвкалипта.

В ЮАР плантации эвкалипта составляют основу коммерческого лесного хозяйства и, в частности, многомиллиардных индустрий, таких как целлюлозно-бумажная промышленность. С секвенированием генома эвкалипта эта отрасль получила доступ к информации и технологиям для выведения деревьев с желаемыми свойствами для целого ряда конечных продуктов.

«В конечном счете, речь идет о конкурентоспособности лесной промышленности в Южной Африке», — говорит профессор Майбург. Он объясняет, что благодаря благоприятным климатическим условиям и быстрорастущим плантациям эвкалипта Южное полушарие в настоящее время удовлетворяет большую часть мирового спроса на древесную целлюлозу и волокно. Однако площади для лесного хозяйства в стране не могут значительно расширяться — сценарий, сильно отличающийся от других стран, инвестирующих в коммерческое лесное хозяйство в рамках экономической группы БРИКС, таких как Китай, Индия и Бразилия. На местном уровне потенциальная площадь, которую можно использовать для лесного хозяйства, может даже сократиться из-за таких факторов, как земельные иски. Наличие воды в ЮАР также может ограничить лесную деятельность в будущем. Это означает, что качество деревьев должно улучшаться для обеспечения экономической конкурентоспособности — задача, которая получила фору с секвенированием генома Eucalyptus и стратегическим участием Южной Африки в проекте.