Расшифровка генома картофеля открывает новые возможности для селекции

Более чем через 20 лет после первой расшифровки генома человека учёные из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана и Института селекции растений Общества Макса Планка в Кёльне (Германия) впервые расшифровали чрезвычайно сложный геном картофеля. Их впечатляющее техническое достижение, опубликованное в Nature Genetics, ускорит работу по выведению улучшенных сортов.

Картофель становится всё более важной частью рациона во всём мире, включая азиатские страны, такие как Китай, где традиционной основной культурой является рис. Опираясь на эту работу, мы теперь можем внедрить селекцию новых сортов картофеля с помощью геномных технологий, которые будут более продуктивными и устойчивыми к изменению климата — это может оказать огромное влияние на обеспечение продовольственной безопасности в ближайшие десятилетия», — говорит профессор Корбиниан Шнеебергер о потенциале, открытом его исследованием.

Покупая сегодня картофель на рынке, вполне возможно, что покупатель унесёт домой сорт, который был доступен уже более 100 лет назад. Это свидетельствует о непреходящей популярности традиционных сортов. Однако это также подчёркивает недостаток генетического разнообразия преобладающих сортов. Это может иметь серьёзные последствия, наиболее драматично проявившиеся во время ирландского картофельного голода 1840-х годов, когда в течение нескольких лет почти весь урожай сгнил в земле, а миллионы людей в Европе страдали от голода просто потому, что единственный выращиваемый сорт не был устойчив к новому заболеванию — фитофторозу.

Во время Зелёной революции 1950-х и 1960-х годов учёным и селекционерам удалось добиться значительного увеличения урожайности многих основных продовольственных культур, таких как рис или пшеница. Однако для картофеля подобного прорыва не произошло, и попытки вывести новые, более урожайные сорта до сих пор в основном оставались безуспешными.

Причина этого проста, но её было трудно преодолеть: в отличие от людей, которые наследуют по одной копии каждой хромосомы от отца и матери, картофель наследует по две копии каждой хромосомы от каждого родителя, что делает его видом с четырьмя копиями каждой хромосомы (тетраплоидным). Четыре копии каждой хромосомы также означают четыре копии каждого гена, и это делает чрезвычайно сложной и трудоёмкой задачу создания новых сортов с желаемой комбинацией отдельных признаков. Более того, множественные копии каждой хромосомы также делают реконструкцию генома картофеля гораздо более сложной технической задачей, чем это было в случае с геномом человека.

Исследователи из группы профессора Корбиниана Шнеебергера преодолели это давнее препятствие и смогли впервые получить полную сборку генома картофеля, используя простой, но элегантный трюк. Вместо того чтобы пытаться различить четыре часто очень похожие копии хромосом, Корбиниан Шнеебергер вместе с Хэцюанем Суном и коллегами обошли эту проблему, секвенировав ДНК большого количества отдельных клеток пыльцы. В отличие от всех других клеток, каждая клетка пыльцы содержит только две случайные копии каждой хромосомы; это позволило учёным снизить сложность задачи и, наконец, восстановить последовательность всего генома.

Обзор полной последовательности ДНК культурного картофеля обладает потенциалом для значительного облегчения селекции и уже много лет является целью учёных и селекционеров. Имея эту информацию, исследователи теперь могут легче идентифицировать варианты генов, ответственные за желательные или нежелательные признаки, что является первым шагом к их включению или исключению в процессе селекции.