Генетические открытия могут улучшить устойчивость шпината к болезням и его вкусовые качества

Исследователи из Института Бойса Томпсона (BTI) и шести китайских университетов идентифицировали гены в шпинате, регулирующие концентрацию оксалата (виновник "шпинатных зубов"), а также гены, помогающие растению бороться с ложной мучнистой росой — основной болезнью коммерческих культур.

Результаты, опубликованные 13 декабря в Nature Communications, позволят селекционерам создавать устойчивые к болезням сорта шпината, более привлекательные для потребителей.

"Диетический оксалат может мешать усвоению минералов и приводить к образованию камней в почках. Меньшее количество оксалата также сделало бы шпинат более вкусным для более широкого рынка", — отметил соавтор исследования Чжанцзюнь Фэй (BTI).

В работе участвовали специалисты из BTI, Корнеллского университета, Министерства сельского хозяйства США (USDA), Шанхайского педагогического университета, Чжэцзянского университета и других вузов.

Исследование сравнило геномы культивируемого шпината (Spinacia oleracea) и двух его диких родственников (S. turkestanica и S. tetranda), чтобы найти гены, связанные с важными для селекции признаками.

"Наши результаты предоставляют богатые ресурсы для сообщества, работающего над повышением устойчивости к ложной мучнистой росе, улучшением текстуры листьев и снижением содержания оксалата", — сказал соавтор Чэнь Цзяо.

Улучшенный геном

В 2017 году лаборатория Фэя представила черновой геном шпината невысокого качества. Новое исследование использовало высокоинбредный культивируемый сорт Monoe-Viroflay и современные технологии секвенирования, что позволило получить геном более высокого качества.

Команда также секвенировала геномы 295 культивируемых разновидностей S. oleracea и 10 образцов двух диких родственников. Затем были проведены сравнительный геномный анализ и полногеномный поиск ассоциаций (GWAS).

"Наше самое интересное открытие — генетическое разнообразие между азиатским и европейским шпинатом выше, чем между культивируемым и диким, что не очень характерно для других культур", — отметил Цзяо.

GWAS подтвердил известную роль семейства генов NBR-LRR в устойчивости к ложной мучнистой росе. Также были идентифицированы другие участки генома с меньшей, но важной ролью в устойчивости, например, промоторная область в гене WSD6.

"Устойчивость к болезням у шпината контролируется сетью генетических регионов. Если "сложить" варианты устойчивых генов в один сорт, то вы получите лучшую устойчивость, чем с одним генным вариантом", — пояснил Фэй.

Снижение оксалатов

Команда также обнаружила два гена, кодирующих транспортеры металлов и ионов металлов, которые могут регулировать уровень оксалатов в шпинате. Модуляция этих генов для снижения оксалатов может помочь вывести на рынок сорта, более полезные для здоровья и привлекательные для потребителей.

Однако, по предположению Фэя, оксалаты, вероятно, играют важную роль в выживании шпината, например, отпугивая вредителей и патогены. Поэтому снижение оксалатов потребует также идентификации и модификации других генов для сохранения защитных механизмов растения.