Расшифрован геном пшеницы

В международном журнале Science опубликовано детальное описание генома хлебной пшеницы — самой широко возделываемой культуры в мире. Эта работа открывает путь к созданию сортов пшеницы, лучше адаптированных к климатическим вызовам, с более высокой урожайностью, улучшенным питательным качеством и повышенной устойчивостью.

Исследовательская статья, авторами которой выступили более 200 ученых из 73 институтов в 20 странах, представляет референсный геном сорта пшеницы Chinese Spring. Это наиболее качественная на сегодняшний день последовательность ДНК, упорядоченная по 21 хромосоме пшеницы. Результат стал плодом 13 лет международного сотрудничества.

Пшеница — ключевая культура для продовольственной безопасности, основной продукт питания для более чем трети населения мира. На неё приходится почти 20% всех потребляемых человечеством калорий и белков, больше, чем на любой другой отдельный источник пищи. Она также служит важным источником витаминов и минералов.

Чтобы удовлетворить будущий спрос прогнозируемого населения мира в 9,6 млрд человек к 2050 году, урожайность пшеницы должна увеличиваться на 1,6% ежегодно. Для сохранения биоразнообразия, воды и питательных ресурсов этот рост должен достигаться в основном за счёт улучшения культур и признаков на уже возделываемых землях, а не за счёт освоения новых.

Теперь, с завершением референсной геномной последовательности, у селекционеров появились новые инструменты. Они смогут быстрее идентифицировать гены и регуляторные элементы, лежащие в основе сложных агрономических признаков, таких как урожайность, качество зерна, устойчивость к грибковым заболеваниям и толерантность к абиотическому стрессу, и создавать более выносливые сорта.

«Последовательность генома пшеницы позволяет нам заглянуть внутрь её "двигателя". Мы видим прекрасно организованную структуру, позволяющую варьировать и адаптироваться к разным средам посредством отбора, а также обладающую достаточной стабильностью для сохранения базовых структур, необходимых для выживания в различных климатических условиях», — отметил профессор Руди Аппельс.

Ожидается, что наличие высококачественной референсной последовательности даст толчок улучшению пшеницы в ближайшие десятилетия, с преимуществами, аналогичными наблюдаемым у кукурузы и риса после расшифровки их референсных геномов.

Секвенирование генома хлебной пшеницы долго считалось невыполнимой задачей из-за его огромного размера (в пять раз больше человеческого генома) и сложности (три субгенома, более 85% генома состоит из повторяющихся элементов).

«Публикация референсного генома пшеницы — это кульминация работы многих людей, объединившихся под эгидой IWGSC, чтобы сделать то, что считалось невозможным. Метод получения референсной последовательности и принципы консорциума служат моделью для секвенирования больших сложных геномов растений и подтверждают важность международного сотрудничества для продвижения продовольственной безопасности», — пояснила исполнительный директор IWGSC Келли Иверсол.

Влияние референсной последовательности уже значительно в научном сообществе: в тот же день опубликованы шесть дополнительных статей, описывающих и использующих этот ресурс (одна в том же номере Science, одна в Science Advances и четыре в Genome Biology). Более 100 публикаций, ссылающихся на референсную последовательность, вышли с января 2017 года, когда ресурс стал доступен.

Помимо последовательности 21 хромосомы, статья в Science представляет точное местоположение 107 891 гена и более 4 миллионов молекулярных маркеров, а также информацию о последовательностях между генами и маркерами, содержащих регуляторные элементы, влияющие на экспрессию генов.

IWGSC достигла этого результата, комбинируя ресурсы, созданные за 13 лет с использованием классических методов физического картирования и новейших технологий секвенирования ДНК. Данные последовательности были собраны и упорядочены вдоль хромосом с помощью высокоэффективных алгоритмов, а гены идентифицированы специальным программным обеспечением.