Геномные инструменты ускоряют селекцию сельскохозяйственных культур

Используя мощные инструменты секвенирования генома, созданные для генетики человека, исследователи могут использовать генетическое разнообразие сельскохозяйственных культур для повышения их продуктивности, устойчивости и питательности. Об этом сообщил исследователь из Корнеллского университета 19 февраля на ежегодной встрече Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS) в Вашингтоне.

Точное предсказание признаков

Теперь у исследователей есть инструменты, позволяющие, например, анализировать гены кукурузы и предсказывать вероятность проявления любого признака с точностью до 90%. Об этом заявил Эдвард Баклер, генетик из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA–ARS), работающий в Институте геномного разнообразия Корнелла.

«Есть простые признаки, такие как повышение содержания витамина А в кукурузе, которые контролируются пятью или десятью генами. Но мы также можем понять сложные признаки, такие как время цветения, которые зависят от более чем 50 генов, и при этом делать очень точные прогнозы», — сказал Баклер.

Исследователи обнаружили, что при таких сложных признаках отдельные аллели (варианты генов) оказывают очень небольшой эффект, но вместе они могут создавать большой совокупный эффект.

Генетическое разнообразие и SNP

Кукуруза обладает большим естественным генетическим разнообразием, чем люди и человекообразные обезьяны вместе взятые. Чтобы понять это разнообразие, исследователи фокусируются на однонуклеотидных полиморфизмах (SNP) — точках в генетической последовательности, где происходит мутация в одной паре оснований. Хотя многие SNP не имеют эффекта, Баклер оценивает, что у кукурузы могут быть сотни тысяч функционально значимых SNP. Выращивая специальные популяции растений (что невозможно в генетике человека) и измеряя миллионы особей, исследователи могут объяснить большую часть генетической вариации.

Преимущества для селекции

Возможность объяснять вариацию и точно предсказывать признаки позволяет селекционерам скрещивать два растения и прогнозировать, какие потомки будут обладать желаемыми свойствами, без необходимости выращивать десятки тысяч растений. Использование генетических маркеров значительно дешевле и сокращает время выведения новых сортов для однолетних видов, таких как кукуруза, до четырех месяцев. Традиционные методы могут занимать пять лет.

Будущие цели

В ближайшие десятилетия селекционеры надеются использовать геномные инструменты для создания культур, которые:

• Дают удвоенный урожай при том же количестве удобрений и воды.
• Являются многолетними.
• Устойчивы к засухе и эффективнее используют питательные вещества.
• Биофортифицированы для улучшения питания в развивающихся странах.

«Сейчас самое время применять эти инструменты для улучшения важных признаков на благо общества и устойчивого развития», — заключил Баклер.