Новый инструмент поможет учёным глубже искать ценные гены сельскохозяйственных культур
Новое компьютерное приложение (app) от учёных Службы сельскохозяйственных исследований (ARS) может ускорить поиск генов, лежащих в основе важных признаков сельскохозяйственных культур, таких как высокая урожайность, качество семян и устойчивость к вредителям, болезням или неблагоприятным условиям окружающей среды.
Инструмент под названием Pathway Association Studies Tool (PAST) позволяет исследователям развивать результаты полногеномного поиска ассоциаций (GWAS) сельскохозяйственных культур. GWAS изучает геном растения на предмет маркерных областей — однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs). Нахождение SNP-маркеров рядом с геном или генами, кодирующими желаемый признак, может указать на их местоположение в геноме и помочь селекционерам отслеживать наследование и экспрессию признака. Это упрощает отбор растений с нужным признаком и выведение новых элитных сортов.
Однако использование статистического порога в GWAS означает, что идентифицируются только маркеры с наиболее сильными ассоциациями с геном. Это может скрыть от исследователей другие маркеры, которые находятся ниже порога, но не менее важны для их исследований.
PAST восполняет этот пробел, выполняя дополнительный шаг — анализ метаболических путей. Этот шаг не только находит интересные маркеры, пропущенные GWAS, но и раскрывает важную биологическую информацию об ассоциированных с ними генах и о том, как каждый из них вносит вклад в биохимическое формирование признака, функции или реакции растения — независимо от вида культуры.
Команда опубликовала статью, описывающую PAST, в журнале Plants в январе 2020 года. На сегодняшний день приложение скачали около 900 пользователей по всему миру. 12 марта PAST был размещён на сайте базы данных MaizeGDB, содержащей обширную геномную и генетическую информацию о кукурузе.
В своих собственных исследованиях использование GWAS и PAST уже привело к идентификации генов устойчивости кукурузы к кукурузной листовёртке (гусеничному вредителю) и к плесени Aspergillus flavus, которая производит канцероген афлатоксин. Повреждения, наносимые листовёрткой, способствуют росту Aspergillus и загрязнению афлатоксином.
По федеральному закону США, кукуруза или другие зерновые с уровнем афлатоксина, превышающим 20 частей на миллиард, не могут продаваться для потребления человеком, а их использование в качестве корма для животных ограничено. Вспышки плесени, продуцирующей этот канцероген, наносят экономический ущерб более 200миллионов * *ежегоднодлякукурузыи * *300 миллионов — для арахиса и других культур вместе взятых. Исследования являются частью более широких усилий по предотвращению афлатоксина, где посадка устойчивых сортов кукурузы является краеугольной защитой.
Ожидается, что простота использования и универсальность приложения могут также поддержать GWAS-исследования животных и даже человека, где идентификация генов, связанных с наследственными заболеваниями, может привести к созданию персонализированных лекарств для их лечения.