Геномный подход для предсказания качества хлеба и ускорения селекции пшеницы
Исследователи из Университета штата Канзас и Международного центра улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT) разработали новый подход, позволяющий определить, будут ли новые сорта пшеницы давать муку высокого качества для выпечки хлеба.
При поддержке инициативы Feed the Future Агентства США по международному развитию команда использует ДНК-маркеры для прогнозирования важных качественных характеристик пшеницы, таких как сила теста и объем хлеба. Их работа «Геномная селекция на технологические и потребительские качественные признаки в программе селекции яровой пшеницы CIMMYT» была опубликована в журнале Plant Genome.
Проблема традиционной селекции
Исторически основное внимание в селекции пшеницы уделялось урожайности зерна, устойчивости к болезням и общим характеристикам. Качество же оценивается на самых поздних этапах селекционного цикла из-за высокой стоимости и большого количества зерна, необходимого для тестирования.
«Поскольку типичный селекционный цикл пшеницы занимает 8–10 лет, ожидание теста на качество хлеба до последних лет часто приводит к отбраковке перспективных линий, которые не могут дать хорошую буханку», — говорит ведущий автор Сара Баттенфилд.
Новый метод: геномный отбор
Команда использовала данные о качестве пшеницы, полученные в лаборатории пробной выпечки, и построила алгоритмы прогнозирования для определения качественных признаков у новых поколений кандидатных сортов с использованием ДНК-маркеров.
Этот подход позволил:
- Сдвинуть скрининг качества как минимум на год раньше.
- Оценить более чем в 10 раз больше кандидатных сортов по сравнению с возможностями физической лаборатории.
«Традиционно мы могли тестировать около 1500 образцов в год в лаборатории качества CIMMYT. Используя прогноз по ДНК-маркерам, мы смогли оценить качество всех 10 000 линий первого года испытаний на урожайность — это больше, чем можно физически обработать, и примерно по той же стоимости», — отмечает Баттенфилд.
Как оценивают качество пшеницы
Традиционный процесс включает:
- Анализ морфологии зерна, твердости и содержания белка.
- Размол зерна в муку.
- Определение содержания белка и оптимального количества воды для замеса.
- Реологические тесты с использованием миксографа — прибора, измеряющего сопротивление теста при замесе.
- Выпечка хлеба как итоговый тест.
На основе этих данных принимается решение о пригодности линии, но это происходит только на 6–8 году селекционного цикла.
Преимущества геномного прогноза
«Используя ДНК отдельных растений, мы можем с помощью этих новых моделей прогнозирования получить оценку качества гораздо раньше в селекционном цикле — задолго до того, как у нас будет достаточно семян для тестирования качества», — говорит старший автор исследования Джесси Поланд.
Этот метод позволяет:
- Ранее исключать линии, которые не пройдут финальный тест на качество.
- Более эффективно использовать время и финансовые ресурсы.
- Увеличить отбор по качеству в 2–3 раза по сравнению с текущими возможностями.
Исследователи полагают, что потенциал метода позволяет ускорить процесс отбора на до трех лет, что значительно повышает отдачу от инвестиций в селекцию.