Масштабное геномное исследование раскрывает разнообразие пшеницы для улучшения урожая

Исследователи инициативы Seeds of Discovery (SeeD), направленной на эффективное использование генетического разнообразия кукурузы и пшеницы, провели генетическую характеристику 79 191 образца пшеницы из генбанков Международного центра улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT) и Международного центра сельскохозяйственных исследований в засушливых районах (ICARDA).

Результаты исследования, опубликованные в Nature Communications, описываются как «масштабный генотипический и анализ разнообразия» двух основных типов пшеницы — хлебной и макаронной (твердой), а также 27 известных диких видов.

Пшеница — самая широко возделываемая культура в мире с годовым производством более 600 миллионов тонн. Около 95% зерна приходится на хлебную пшеницу, оставшиеся 5% — на твердую (макаронную).

Основная цель исследования — охарактеризовать генетическое разнообразие международных коллекций CIMMYT и ICARDA, считающихся крупнейшими в мире. Исследователи стремились понять это разнообразие, картируя генетические варианты для выявления полезных генов для селекции.

От генбанка до поля

Результаты показывают четкие биологические группы внутри хлебной пшеницы и свидетельствуют, что значительная часть генетического разнообразия, присутствующего в местных сортах (ландрасах), не была использована для создания новых высокоурожайных, устойчивых и питательных сортов.

«Анализ образцов хлебной пшеницы показывает, что относительно малая часть разнообразия, доступного в ландрасах, была использована в современной селекции. Это открывает возможность найти неиспользованную ценную вариацию для разработки новых сортов из этих ландрасов», — заявила Каролина Сансалони, специалист по высокопроизводительному генотипированию и секвенированию в CIMMYT, руководившая исследованием.

Исследование также показало, что генетическое разнообразие макаронной пшеницы лучше представлено в современных сортах, за исключением подгруппы образцов из Эфиопии.

Ученые картировали геномные данные, полученные при генотипировании образцов, чтобы определить физическое и генетическое положение молекулярных маркеров, связанных с признаками, присутствующими у обоих типов пшеницы и у ее диких родственников.

По словам Сансалони, в среднем 72% полученных маркеров однозначно размещены на трех референсных молекулярных картах, и около половины из них находятся в интересных регионах с генами, контролирующими ценные для селекционеров, фермеров и потребителей признаки, такие как устойчивость к жаре и засухе, потенциал урожайности и содержание белка.

Открытый доступ

Данные, результаты анализа и инструменты визуализации исследования находятся в свободном доступе для научного сообщества с целью продвижения исследований и селекции пшеницы во всем мире.

«Эти ресурсы должны быть полезны для обнаружения генов, клонирования, разработки маркеров, геномного предсказания или отбора, маркер-опосредованной селекции, полногеномного поиска ассоциаций и других приложений», — отметила Сансалони.