Исследование популяции кукурузы выявило гены, затронутые долгосрочным искусственным отбором

Учёные провели полногеномный анализ долгосрочной селекционной программы кукурузы, чтобы найти гены, участвующие в увеличении числа початков на одном растении.

Исследование показывает, как значительно снизившиеся затраты на секвенирование и возможность обнаруживать общие однонуклеотидные полиморфизмы (SNPs) внутри популяции позволяют исследователям выявлять геномные регионы, на которые нацелен искусственный отбор в природных популяциях.

Один из проектов, связанных с целью превращения растительной биомассы в биотопливо, — улучшение производства биомассы. Долгосрочные селекционные программы предоставили учёным ресурсы для идентификации генов, на которые повлиял искусственный отбор по определённым признакам. Совместная работа исследователей из Great Lakes Bioenergy Research Center и U.S Department of Energy Joint Genome Institute использовала одну такую долгосрочную программу селекции популяции кукурузы для такого поиска.

Как сообщается в выпуске журнала Genetics от 1 марта 2014 года, команда сосредоточилась на популяции кукурузы Golden Glow, которую в течение 30 поколений селекционировали для увеличения числа початков на растении более чем в три раза. По мере того как популяции подвергаются отбору (например, на увеличение числа початков), происходят изменения частоты аллелей. Аллели — это альтернативные формы гена, занимающие определённое место или локус на хромосоме. Изменения в аллельном составе могут дать исследователям информацию о генетическом контроле признака.

Чтобы изучить эти частоты аллелей, из листовой ткани растений кукурузы была выделена ДНК для генотипирования по SNP и для полногеномного повторного секвенирования. На 10 хромосомах кукурузы было идентифицировано 28 «сильно дивергентных» регионов, 22 из которых содержат 5 или менее аннотированных генов, а 14 содержат один или ноль аннотированных генов. Для большинства регионов исследователи обнаружили, что отбор, по-видимому, действовал на уже существующую генетическую изменчивость. Однако для примерно четверти регионов команда обнаружила, что «отбор действовал на варианты, расположенные за пределами текущих аннотированных кодирующих регионов». Это открытие, по мнению исследователей, может означать либо отсутствие этих генов в референсном геноме, либо это примеры отбора по некодирующей ДНК.

Комбинируя геномные и биоинформатические подходы в рамках совместной работы, исследователи надеются повысить эффективность селекции сельскохозяйственных видов для использования в качестве сырья для биотоплива, что, в свою очередь, будет способствовать увеличению использования возобновляемых источников энергии.