Ученые расшифровали геном сои, открыв пути для улучшения биодизеля

Со́я, один из важнейших мировых источников белка и масла, стала первым бобовым растением с опубликованной полной черновой последовательностью генома. Результаты секвенирования и его анализа представлены в выпуске журнала Nature от 14 января.

В исследовательский консорциум вошли 18 институтов, включая Объединенный институт генома Министерства энергетики США (DOE JGI), Службу сельскохозяйственных исследований Минсельхоза США (USDA-ARS), Университет Пердью и Университет Северной Каролины в Шарлотте. Работу поддержали DOE, Национальный научный фонд, USDA и Совет по соевым бобам США.

Секвенирование сои стало крупнейшим на сегодняшний день проектом по растению в DOE JGI. Это также самое большое растение, секвенированное методом «дробовика» — когда геном разбивают на фрагменты и собирают заново, как огромный пазл. Среди более 20 других геномов растений, изученных в DOE JGI, уже секвенированы тополь и зерновое сорго, выбранные как перспективное сырье для биотоплива.

Теперь, когда генетический код сои определен, научное сообщество получило ключевой референс для более чем 20 000 видов бобовых. Это позволяет исследовать эволюционную инновацию — симбиотическую фиксацию азота, критически важную для успешных стратегий севооборота.

Анализ последовательности выявил более 46 000 генов, из которых 1 110 вовлечены в метаболизм липидов. Эти гены и связанные с ними пути — строительные блоки для содержания масла в сое. Они представляют собой мишени для модификации с целью увеличения выхода масла и роста использования соевого масла для производства биодизеля.

Хотя биодизель из соевого масла — более чистая и возобновляемая альтернатива ископаемому топливу, просто недостаточно масла, производимого растением с одного акра, чтобы конкурировать с бензином по выходу топлива. Геном сои может дать ключевые решения. Ученые могут теперь сосредоточиться на контрольных точках, управляющих потоком углерода в сторону белка и масла. Комбинация биоинформатики, биохимии и генетики позволит создать сою с содержанием масла более 40%.

Доступность генома ускорила и другие исследования полезных признаков сои. Например, с его помощью удалось найти мутацию, позволяющую отбирать линии с пониженным уровнем сахара стахиозы, что улучшит усвояемость сои животными и человеком.

Сравнение геномов сои и кукурузы выявило мутацию в одной паре оснований, которая снижает выработку фитата в сое. Фитат — форма хранения фосфора в тканях растений. Поскольку животные не усваивают фитат из корма, он проходит через желудочно-кишечный тракт, повышая уровень фосфора в навозе. Снижение производства фитата в сое может уменьшить основной загрязнитель окружающей среды в стоках от свиноводства и птицеводства.

Также геномная последовательность дала доступ к первому гену устойчивости к разрушительной болезни — азиатской соевой ржавчине (ASR). В странах, где ASR широко распространена, потери урожая сои из-за этой болезни могут достигать 80%.