Упрощение селекции растений с помощью нового молекулярного инструмента
Исследователи из Университета Иллинойса разработали новый и широко применимый молекулярный инструмент, который может служить дорожной картой для упрощения понимания селекции растений. Они создали унифицированную номенклатуру для белков-восстановителей мужской фертильности (RF) у высших растений, что может ускорить прогресс в селекции.
«Понимание механизма, с помощью которого гены RF подавляют фенотип мужской стерильности и восстанавливают фертильность растений, критически важно для дальнейшего совершенствования гибридных технологий», — сказал Манфредо Дж. Сойфферхельд, доцент кафедры растениеводства Университета Иллинойса.
Для достижения этой цели Сойфферхельд объединился с исследователями Симеоном О. Кочони и Эммой В. Гачомо из Университета Пердью, а также Хосе К. Хименесом-Лопесом из Экспериментальной станции Зайдин (CSIC) в Гранаде, Испания. Они разработали упрощённую генетическую номенклатуру, которая автоматически классифицирует все продукты генов RF по семействам и подсемействам.
«До сих пор не существовало единой номенклатуры для наименования белков RF, — пояснил Сойфферхельд. — По мере роста систематического секвенирования новых видов растений в последние годы, наименования были произвольными. В базах данных царил "хаос". Информация о RF не могла быть адекватно обработана в контексте сравнительной функциональной геномики».
Этот новый инструмент поможет селекционерам и учёным быстрее принимать решения. Теперь селекционеры могут легко сопоставлять стерильность у растений с механизмами восстановления мужской фертильности. В конечном итоге, производители могут быстрее получить выгоду от новых разработок в селекции, поскольку селекционеры смогут создавать новые гибриды ускоренными темпами, отметил Хименес-Лопес.
«Геномное секвенирование в сочетании с моделированием белков позволило нам начать разбирать эту сложность, которая сдерживала нас в науке, — сказал Кочони. — Теперь мы можем легко сравнивать функции неизвестных генов с известными и хорошо охарактеризованными генами, чтобы определять их функции и принадлежность к семействам».
Кочони отметил, что для его команды было честью, что их модель была принята в качестве нового стандарта для номенклатуры белков RF, учитывая конкуренцию со стороны многих исследовательских групп. Эта система разработана как строительный блок для геномики растений.
«Номенклатура, созданная с учётом возможности включения новых генов RF по мере их обнаружения в будущем, основана не на одном конкретном виде, а на функции самого гена, — подчеркнул Сойфферхельд. — Это позволяет учёным работать с широким спектром растений, брать ген с известной функцией из одного растения и переносить его в другое для восстановления мужской фертильности».
Важность этого научного развития можно оценить, вспомнив эпидемию южного гельминтоспориоза кукурузы в 1972 году.
В 1972 году кукуруза с цитоплазматической мужской стерильностью типа Техас (T-CMS) широко использовалась в производстве гибридных семян, поскольку она устраняла дорогостоящую практику ручного удаления метёлок. Почти 85% урожая кукурузы в США производилось с использованием T-CMS, которая была высоковосприимчива к грибку Helminthosporium maydis, вызывающему южный гельминтоспориоз.
С тех пор понимание функции генов RF у высших растений стало приоритетом для многих исследователей. «Первый восстановитель мужской стерильности, когда-либо охарактеризованный у растений, — это альдегиддегидрогеназа (ALDH) кукурузы, — сказал Кочони. — Когда этот ген изменён, он вызывает мужскую стерильность».
Сойфферхельд добавил, что этот инструмент также будет полезен для изучения эволюции растений.
«Мы можем проследить, как происходила доместикация растений, — сказал он. — Теперь это проще, потому что у нас есть все структуры белков RF, организованные систематически, и мы можем изучать эволюцию этих белков. Если мы просто посмотрим на последовательность гена, часть филогенетической картины теряется в ходе эволюции. Однако структура белка предоставляет больше информации, которая может уходить далеко в прошлое».
Эта общедоступная база данных генов позволит учёным осуществлять поиск как по старым, так и по новым названиям белков RF, заключил Сойфферхельд.