Выведение устойчивого к колорадскому жуку картофеля
Картофель — самый потребляемый овощ в США. По данным USDA, американские фермеры вырастили более 42 млрд фунтов картофеля в 2019 году. Это 128 фунтов на человека.
Однако перед фермерами стоит множество проблем, одна из которых — колорадский жук. Этот вредитель может наносить огромный ущерб урожаю и печально известен развитием устойчивости к химическим инсектицидам.
В новом исследовании, опубликованном в Crop Science, учёные описывают генетические инструменты для создания сортов картофеля с улучшенной естественной устойчивостью к жуку. Они также разработали ключевые генетические ресурсы — рекомбинантные инбредные линии, — которые помогут в селекции.
Некоторые дикие родственники культурного картофеля обладают естественной защитой. Эти растения производят собственные соединения, убивающие жуков.
«Некоторые из этих соединений могут убивать личинок колорадского жука, — говорит ведущий автор исследования Натали Кайзер. — Они также значительно сокращают питание взрослых жуков».
Однако потребление больших количеств этих соединений может иметь негативные последствия для здоровья человека. Поскольку жуки поедают листья картофеля, а люди — нет, «желательно создать сорта, которые производят эти анти-жуковые соединения только в листьях», — отмечает Кайзер, исследователь из Университета штата Мичиган.
Проблемы и решения
Тестирование устойчивости. Полевые испытания занимают месяцы или годы, они дороги и ресурсоёмки. Исследователи нашли короткий путь: сравнили химический профиль сотен отдельных растений с их устойчивостью к жуку в полевых условиях.
- Результат: «Мы нашли химические сигнатуры, которые могут предсказывать устойчивость к колорадскому жуку, — говорит Кайзер. — Селекционеры могут отбирать устойчивые растения с помощью простого химического измерения, вместо того чтобы проводить полевые испытания». Это экономит время и деньги.
Генетическая сложность. «Есть несколько генов, контролирующих типы и количество анти-жуковых соединений, которые будет производить тот или иной сорт картофеля», — объясняет Кайзер. Отслеживать все эти гены при селекции сложно, особенно с учётом других важных признаков, таких как урожайность и внешний вид клубней (всего около 40 значимых признаков).
Полиплоидия. У большинства сортов картофеля по четыре копии каждого гена, что усложняет генетику. «Каждая из четырёх копий может быть разной версией гена», — говорит Кайзер.
Самонесовместимость. Один из способов обойти проблему четырёх копий — использовать диплоидные сорта (с двумя копиями каждого гена, как у человека). Но многие диплоидные сорта самонесовместимы, то есть растение не даёт плодов и семян при опылении собственной пыльцой, что затрудняет селекцию.
Достижение
Кайзер и её команда создали самосовместимые диплоидные сорта картофеля. В процессе они обнаружили, что на способность к самооплодотворению влияют несколько генов и условия окружающей среды.
Новые сорта и генетические инструменты позволят исследователям «изучить генетические основы самоплодности, устойчивости к насекомым и болезням и создать новые сорта картофеля, которые ранее были недостижимы», — говорит Кайзер.
Исследователи из Университета штата Мичиган продолжают работу в полевых испытаниях. «Мы будем отбирать новые сорта, у которых хорошие характеристики клубней сочетаются с устойчивостью к жуку», — заключает Кайзер.