Новый геномный инструмент ищет в диком прошлом пшеницы ключи к улучшению культур будущего
Сегодня запущен новый генетический каталог, который позволит исследователям и селекционерам сканировать геномы диких родственников современной пшеницы для поиска утраченных в процессе одомашнивания свойств, борющихся с болезнями.
Этот «путешествие во времени» стало возможным благодаря запуску Open Wild Wheat — каталога, который включает генетические последовательности 150 диких пшениц, принадлежащих к виду козьей травы Aegilops tauschii ssp. strangulata. Этот дикий родственник, найденный в Плодородном полумесяце вокруг Каспийского моря, подарил пшенице D-геном, один из трёх геномов, составляющих хлебную пшеницу.
Каталог стал результатом краудфандингового проекта международного консорциума под руководством исследователей пшеницы из John Innes Centre (Норидж, Великобритания) и Kansas State University (США). Участники из академических институтов и индустрии из 15 стран собрали $150 000 на финансирование секвенирования.
Доктор Бранде Вульф из John Innes Centre объяснил мотивацию проекта: «Если вы секвенируете одного индивидуума, вы получаете лишь снимок. Поэтому, чтобы понять всё генетическое разнообразие вида, мы решили секвенировать не одного, а 150».
Дикие пшеницы обладают множеством «диких» характеристик: осыпаемостью семян, длительным периодом созревания и опасными остями, которые могут привести к удушью у собак и других животных.
«В то время, когда наши предки-охотники-собиратели переходили к земледелию, они могли наткнуться на поле диких пшениц. Наши предки умерли бы с голоду, если бы полагались на них для своего ежедневного хлеба», — говорит доктор Вульф.
Десять тысяч лет одомашнивания и интенсивной селекции превратили пшеницу в высокопитательную, высокоурожайную культуру, которая сегодня кормит значительную часть населения мира.
Но это далось ценой. У выносливых диких родственников есть то, чего нет у их элитных культурных собратьев: генетическое разнообразие, в котором скрыты защитные признаки, такие как устойчивость к болезням, а также вариации сроков цветения и содержания микроэлементов.
Доктор Джесси Поланд из Kansas State University, со-руководитель проекта, пояснил: «За последние 100 лет селекционеры и фермеры пытались вернуть часть этого генетического разнообразия в элитные сорта, но это тяжёлая борьба. Требуются многие годы селекции, чтобы создать штамм пшеницы, сочетающий высокую урожайность и хлебопекарные свойства всего с одним геном устойчивости от дикого родственника».
Каталог Open Wild Wheat предлагает «панель разнообразия», которая позволяет исследователям и селекционерам искать гены-кандидаты устойчивости к болезням и другую полезную изменчивость.
Этот ресурс появился вместе с двумя дополнительными технологиями:
- Speed cloning — метод, позволяющий селекционерам клонировать гены-кандидаты, найденные в каталоге.
- Speed breeding — интенсивная платформа выращивания пшеницы, разработанная доктором Вульфом вместе с коллегами из University of Queensland. Она позволяет быстро переносить признаки от диких родственников в элитные сорта до проведения полевых испытаний.
Доктор Каролина Паола Сансалони, один из сотрудников CIMMYT, сказала: «Мы возвращаемся к диким родственникам пшеницы, чтобы идентифицировать и внедрить в современные сорта выносливые гены, утраченные в ходе эволюции и одомашнивания пшеницы».
Каталог, собранный консорциумом, содержит достаточно данных, чтобы, будучи напечатанными на бумаге формата А4, протянуться почти до Луны.
Поиск «иголки в этом статистическом стоге сена» включает сканирование генетических вариаций на предмет небольших последовательностей-сигнатур — генов-кандидатов, — связанных с устойчивостью или восприимчивостью к таким болезням, как стеблевая ржавчина или мучнистая роса пшеницы.
И эта технология работает, говорит доктор Вульф: «Мы уже клонировали четыре гена устойчивости с её помощью, так что мы знаем, что она эффективна. Мы можем действительно ускорить открытие генов устойчивости. Мы можем вернуть самое лучшее из прошлого, чтобы сделать великую культуру ещё лучше».
Узнать больше о каталоге Open Wild Wheat можно по адресу: http://www.openwildwheat.org/