Наследие раскрыто: вдохновлённое Менделем исследование картографирует беспрецедентное разнообразие гороха

Знаменитые эксперименты Грегора Менделя с горохом заложили основы генетики. Спустя 160 лет международная группа исследователей с помощью геномики, биоинформатики и генетики картировала разнообразие глобально важной коллекции гороха. Это раскрыло секреты признаков, прославивших Менделя, и выявило беспрецедентный масштаб генетического разнообразия, полезного для сельского хозяйства.

Новый набор генбанковских и геномных ресурсов, доступный исследователям и селекционерам по всему миру, может революционизировать селекцию гороха и изучение этой экологически важной бобовой культуры.

Исследование, опубликованное в журнале Nature, — результат сотрудничества John Innes Centre (JIC) и Китайской академии сельскохозяйственных наук (CAAS) с другими группами из Китая, Великобритании и Франции.

Эта работа особенно актуальна сейчас, когда горох и другие бобовые рассматриваются как источник растительного белка и устойчивые культуры, способные фиксировать собственный азот. Это снижает потребность в химических удобрениях и потенциально уменьшает загрязнение почвы и рек.

Как исследователи расшифровали геномы глобальной коллекции гороха?

Учёные отобрали репрезентативную выборку из около 700 образцов (accessions) из коллекции в 3500, собранной со всего мира и хранящейся в Germplasm Resource Unit (GRU). Это сгенерировало 62 терабайта сырых данных (25.6 триллионов единиц информации).

С помощью этих данных команда создала глобальную геномную карту гороха — от высокоокультуренных форм до местных сортов (landraces) и диких родственников.

Используя технику Genome Wide Association Studies (GWAS), они идентифицировали регионы генома, соответствующие вариациям ценных признаков. Исследование связало более 70 агрономических признаков с соответствующими геномными локусами. Различные генетические маркеры в этих локусах могут ускорить улучшение гороха.

Новый ресурс в сочетании с современными технологиями (например, редактированием генов, long-read секвенированием ДНК и РНК) откроет беспрецедентные возможности для открытия новых генов и перехода к предиктивной селекции (например, с использованием ИИ-моделей).

Непреходящее наследие Менделя

Мендель сосредоточился на семи признаках: форма семени (круглая или морщинистая), цвет семени (зелёный или жёлтый), форма стручка (суженный или надутый), цвет стручка (зелёный или жёлтый), цвет цветка (пурпурный или белый), размер растения (высокое или карликовое) и положение цветков (пазушные или верхушечные).

Новые геномные инструменты позволили по-новому взглянуть на эти классические эксперименты. Для признака цвета цветка команда обнаружила необычный тип естественной мутации, которая восстанавливает пурпурный цвет у белоцветковых растений.

Также была обнаружена мутация, приводящая к жёлтому цвету стручка, что представляет академический интерес, поскольку является следствием взаимодействия двух соседних генов.

Ресурсы, созданные в ходе исследования, имеют большую практическую ценность для селекционеров, а также для учёных и преподавателей генетики, поскольку дают современное описание менделевских вариантов. Данные находятся в открытом доступе, а семена линий можно заказать.