Ранние признаки могут предсказать будущую биомассу у мискантуса

Новые генетические инструменты выявили связи между ранними признаками укоренения и урожайностью биомассы у мискантуса. Эта техника маркер-опосредованной селекции может сэкономить годы ожидания, пока растения мискантуса укоренятся и достигнут зрелости. Метод позволяет надежно отбирать более урожайные растения на ранних этапах жизненного цикла мискантуса.

Правительство США предписало увеличить внутреннее производство этанола из целлюлозных биоэнергетических культур, что стимулировало исследования по выявлению и улучшению высокоурожайных культур для биомассы. Одним из сильнейших претендентов является мискантус — крупная азиатская многолетняя трава. Некоторые виды и гибриды показали значительно более высокую урожайность биомассы, чем просо прутьевидное и другие энергетические культуры. Однако посевам мискантуса может потребоваться от трех до четыре лет для укоренения, прежде чем урожай станет стабильным. Недавнее исследование Университета Иллинойса использовало генетические маркеры для выявления ранних признаков развития, которые коррелируют с будущей урожайностью, что потенциально может сэкономить фермерам и исследователям годы времени и усилий.

По словам исследователей, «это исследование начинает устанавливать связи между воспроизводимыми генетическими маркерами и рядом ключевых агрономических признаков у Miscanthus sinensis».

Исследователи измеряли признаки развития и биомассы в течение трех лет укоренения у потомства от скрещивания сортов Miscanthus sinensis 'Grosse Fontaine' и 'Undine'. Затем они выделили ДНК из растений и изучили полученные однонуклеотидные полиморфизмы (SNPs) для создания генетической карты. Эта техника превосходит старые типы генетических маркеров, которые не были так тесно связаны с конкретными генами, контролирующими важные признаки биомассы.

«Это одна из самых первых созданных карт, и также один из первых случаев, когда мы смогли картировать ряд генов, связанных с продуктивностью биомассы, и определить их расположение в геноме мискантуса», — говорит генетик Джек Джувик.

На практическом уровне исследователи обнаружили сильные положительные корреляции между урожайностью биомассы и окружностью основания растения, высотой и числом побегов (стеблей). Это позволяет предположить, что растения, способные вырасти выше и дать больше побегов в первые несколько лет, могут достичь более высокой урожайности в долгосрочной перспективе. Кроме того, были выявлены отрицательные корреляции между временем цветения и урожайностью: особи с ранним цветением производили меньше биомассы. Селекционеры могут использовать эту информацию для улучшения раннего отбора растений с повышенной продуктивностью биомассы и ускорения селекционной программы.

«Преимущество маркер-опосредованной селекции в том, что вы можете выращивать сеянцы, собирать ДНК и проверять ее на наличие большого набора маркеров ДНК, связанных с генами, которые обеспечивают желаемые характеристики. Это может сэкономить много времени, так как вы можете идентифицировать потенциальные фенотипы, не дожидаясь 3–4 лет, пока растение созреет», — пояснил Джувик. — «Ценность такой системы для мискантуса весьма существенна с точки зрения прогресса в селекции».

Помимо экономии времени и предоставления селекционерам конкретных признаков для поиска у высокоурожайных растений, методы, использованные в исследовании, и первоначальные результаты создают отправную точку для будущей работы.

Джувик отмечает: «Это отправная точка. Мы продолжили эту работу и применили ее к другим популяциям и другим вопросам селекции мискантуса. Это закладывает основу для перехода к целому ряду различных приложений».