Прорыв в расшифровке генома пшеницы поможет повысить продовольственную безопасность

Исследователи определили черновую последовательность генома хлебной пшеницы. Это достижение позволит создавать более устойчивые и продуктивные сорта.

"Только зная ДНК пшеницы — секвенировав её геном — мы можем эффективнее выводить новые сорта", — пояснил профессор Одд-Арне Ольсен, руководитель группы исследований генома в Норвежском университете естественных наук (NMBU).

Геном пшеницы — самый крупный и сложный среди всех злаков. Его расшифровка была значительно сложнее, чем, например, риса или кукурузы. "Для сравнения: геном пшеницы в шесть раз больше человеческого", — сказал Ольсен.

Большой размер генома хлебной пшеницы обусловлен её происхождением. Этот вид появился в результате двух естественных гибридизаций, то есть скрещивания разных видов. Таким образом, хлебная пшеница фактически состоит из ДНК трёх разных видов и имеет тройной набор хромосом (21 вместо 7). "Это сделало картирование ДНК особенно сложным. Нам пришлось разрабатывать методы, позволяющие разделять ДНК из трёх разных наборов генетического материала", — отметил Ольсен.

Новые вызовы и цели

Климатические изменения последних лет привели к резкому снижению качества норвежской пшеницы. "Цель исследований — использовать новые генетические знания для более эффективной селекции сортов, устойчивых к экстремальным погодным условиям, таким как засухи и обильные осадки. А также для выведения сортов с лучшими хлебопекарными качествами и высокой питательной ценностью", — заявил Одд-Арне Ольсен.

Теперь, имея на руках полную последовательность, основанную на хромосомах, селекционеры получат высококачественные инструменты для ускорения программ по выведению сортов и понимания того, как гены контролируют сложные признаки: урожайность, качество зерна, устойчивость к болезням, вредителям или абиотическим стрессам.

Международное сотрудничество

Исследователи из NMBU стали соавторами трёх из пяти статей о прорыве в исследовании генома пшеницы, опубликованных в престижном журнале Science. Все пять статей посвящены картированию ДНК пшеницы.

Работа выполнена в рамках Международного консорциума по секвенированию генома пшеницы (IWGSC) с участием учёных из Азии, Северной Америки и Европы. Цель консорциума — создание общедоступного генома хлебной пшеницы.

Хромосома 7B

Геном пшеницы состоит из 21 хромосомы. Исследователи из NMBU отвечали за секвенирование одной из них — хромосомы 7B. "Секвенирование хромосомы 7B было кропотливой работой, которая велась годами. По иронии, сама по себе последовательность ДНК хромосомы 7B и остальных 20 хромосом имеет небольшую ценность. Она становится действительно ценной только тогда, когда идентифицируются гены и понимается, как эти гены выражаются в свойствах растения", — сказал исследователь Симен Рёд Сандве.

Важность для развивающихся стран и фермеров

"В развивающихся странах наши результаты могут привести к созданию сортов пшеницы, специально адаптированных к разным климатам. Путь вперёд — активное использование генетической информации в селекционном процессе", — отметил Рёд Сандве. Одним из важнейших применений станет идентификация генетических маркеров устойчивости к болезням и перенос соответствующих генов в новые сорта.

Для норвежских фермеров это исследование означает, что в будущем можно будет выводить устойчивые к болезням сорта пшеницы с лучшими характеристиками и адаптацией к климату. Для селекционной компании Graminor новые методы означают более эффективный и точный процесс выведения всех видов пшеницы.