Техасский хлопок получает генетическую «настройку»

Современные сельскохозяйственные культуры, такие как техасский хлопок, подобны гоночным машинам — для оптимальной работы им нужны качественные «запчасти», то есть новые гены. Доктор Дэвид Стелли, генетик хлопка из Texas A&M AgriLife Research, сравнивает свою роль в селекционной программе с поставкой новых генов и их комбинаций для преодоления вызовов, стоящих перед селекционерами.

Перенос генов от диких видов в культивируемые растения — сложный процесс, сталкивающийся с биологическими и генетическими барьерами. Стелли и его помощник Дуэйн Раска годами используют специальный метод селекции — «хромосомную замену». Этот метод позволяет заменить одну пару хромосом культурного хлопка на соответствующую пару хромосом от выбранного дикого вида-донора. В среднем каждая такая замена обновляет около 2000 генов хлопка.

Уже созданы линии с заменой хромосом от трёх видов-доноров. В сотрудничестве с доктором Сукумаром Сахой из USDA-ARS и его коллегами изучается влияние этих замен на улучшение растения и волокна хлопка.

Современное производство хлопка требует семян с превосходными генами, обеспечивающими высокую урожайность, качество волокна и устойчивость к стрессам, вредителям и патогенам. Однако историческая зависимость селекционных программ от ограниченного круга элитных сортов привела к генетическому «бутылочному горлышку».

«У нас отличные генетические типы хлопка и селекционеры, но нам нужна "свежая кровь" — новые гены хлопка — для создания новых комбинаций, которые могут дать значительные улучшения», — отмечает Стелли.

Конкуренция с синтетическими волокнами и изменения климата требуют модификаций свойств хлопкового волокна и повышения устойчивости растений. Генетические улучшения могут помочь в борьбе с абиотическими стрессами (холод, жара, нехватка воды, засоление) и биотическими угрозами.

Ключевой элемент — наличие у селекционера достаточного генетического разнообразия для создания улучшенных типов. Традиционные методы селекции малоэффективны для включения генов диких видов, так как чужеродные гены быстро элиминируются. Метод хромосомной замены позволяет избежать этой проблемы.

Эффект от замены различается для каждой хромосомы и зависит от того, какие гены на ней находятся и как они взаимодействуют с остальными ~58 000 генов хлопка сорта Upland. Учёные начинают применять геномные инструменты, чтобы определить эти гены и их взаимодействия.

Разработанные линии могут быть использованы любыми исследователями для скрининга по любым признакам, контролируемым генетически. Это позволит поднять базовые показатели хлопка и может привести к революционным прорывам.

Одна из главных текущих задач группы — привлечение партнёров (селекционеров, физиологов, патологов) для изучения новых линий с заменой хромосом. С помощью маркер-опосредованной селекции сообщество селекционеров хлопка сможет использовать эти ресурсы дикой germplasm гораздо эффективнее, чем в прошлом.