Публичные геномные ресурсы риса — прорыв для селекционеров

Международная команда исследователей под руководством Корнеллского университета представила набор открытых геномных ресурсов, которые значительно ускорят способность генетиков и селекционеров связывать гены с важными признаками у риса.

Эта общедоступная исследовательская платформа — включая семена разнообразных сортов риса, данные о геномном разнообразии, инструменты анализа и визуализации — представляет собой важную веху в развитии способности выводить новые сорта риса для растущего населения, одновременно решая проблемы выращивания культур в меняющемся климате.

Команда опубликовала две сопутствующие статьи в выпуске Nature Communications от 5 февраля.

Первая статья описывает запуск платформы, которая облегчит полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) у риса — основной культуры, которой питаются 3 миллиарда человек. GWAS изучает различные версии (варианты) гена, чтобы определить, связаны ли какие-либо из них с конкретными признаками, что полезно для селекционеров.

Платформа включает панель из 1 568 разнообразных сортов риса; набор данных, содержащий 700 000 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), или генетических вариантов; и набор инструментов для анализа и оценки признаков. Платформа стала результатом гранта Национального научного фонда США (NSF) в размере 7 миллионов долларов главному исследователю Сьюзан Маккоуч, профессору селекции и генетики растений в Школе интегративных наук о растениях Корнелла.

«Уже есть десятки групп по всему миру, использующих эти ресурсы для изучения своих любимых признаков, и их статьи скоро будут опубликованы, теперь когда наша вышла», — сказала Маккоуч, ведущий автор статьи, описывающей платформу.

Геномные инструменты помогают другим исследователям описывать связи между генами и признаками, включая устойчивость к болезням и насекомым, эффективность фотосинтеза и использования азота, качество крахмала, толерантность к соли, жаре и холоду.

«Это глобальная инициатива, — добавила Маккоуч. — Технологии и информация, которые мы выпускаем, очень каталитические и повлияют на селекцию во многих частях мира».

Генетика риса представляет необычные проблемы, потому что рис имеет глубокие культурные корни, связанные с национальной идентичностью, и инбридирован для определенных характеристик в каждом регионе. Существуют тысячи различных сортов риса, отобранных для роста в разнообразных условиях и для отличительных качеств зерна, соответствующих кулинарным предпочтениям.

В отличие от кукурузы и пшеницы, которые часто превращаются в муку, пасту или используются для производства пива, рис едят цельным зерном, и люди в разных странах имеют сильные предпочтения относительно размера, текстуры, цвета и запаха зерна, поэтому его рыночные характеристики необходимо сохранять. Это сложная задача, потому что задействовано много генов, и изменение одного признака может изменить другие.

«По мере изменения климата нам нужны новые адаптивные признаки, но мы должны сохранить разнообразие качественных характеристик, — сказала Маккоуч. — Эта работа призвана помочь нам извлечь богатство естественной изменчивости, доступной в рисе, чтобы ускорить селекцию растений и создать штаммы риса, адаптированные к новым климатическим условиям».

Вторая статья команды использовала геномные ресурсы, описанные в первой статье, для изучения структуры метёлки — разветвленных стеблей, несущих грозди развивающихся зерен риса. Под руководством Сэмюэля Кроуэлла, бывшего аспиранта лаборатории Маккоуч, исследование обнаружило обширную изменчивость архитектуры метёлки у риса, но показало, что самые высокоурожайные сорта имели метёлки среднего размера.

«Если вы попытаетесь сделать метёлку длиннее и думаете, что поэтому получите больше урожая, растение обычно компенсирует это, делая её менее разветвленной или заполняя меньше семян», — сказала Маккоуч.

Работа предполагает, что в некоторых случаях это связано с действием нескольких генов, которые настолько тесно сцеплены вдоль хромосом, что никогда не разделялись. Используя ресурсы, описанные в этих статьях, селекционеры теперь имеют возможность избирательно рекомбинировать эти сцепленные массивы генов, открывая захватывающие новые возможности для оптимизации взаимосвязи между архитектурой метёлки, урожайностью и качеством зерна.