Приоритизация генов вместо полного анализа генома может улучшить сельскохозяйственные культуры

Новое исследование может помочь ученым вывести более устойчивые к климату сорта кукурузы и других продовольственных культур, используя метод генетического анализа, применяемый для изучения человека.

Генетики из Университета штата Канзас и их коллеги обнаружили, что применение метода GWAS (genome-wide association studies) повышает вероятность обнаружения критически важных генов в продовольственных растениях. Эти гены контролируют количественные признаки, такие как рост растений и сроки цветения.

Кроме того, этот метод можно использовать для изучения реакции растений на засуху, жару и другие факторы, что повышает шансы на улучшение устойчивости культур к суровым погодным условиям.

"Сейчас мы знаем большинство генов, из которых состоят эти продовольственные растения, но найти нужные гены для повышения урожайности или термоустойчивости — всё равно что искать иголку в стоге сена", — говорит Цзяньмин Юй, старший автор исследования.

Исследование "Genic and non-genic contributions to natural variation of quantitative traits in maize" было опубликовано в журнале Genome Research при поддержке National Science Foundation.

Проблема сложных геномов

Основные продовольственные культуры, такие как кукуруза, пшеница, ячмень и овес, имеют сложные и зачастую более крупные геномы, чем у человека и млекопитающих. Это затрудняет попытки модифицировать растение для улучшения урожайности или устойчивости.

"Как и у людей, у растений сложные признаки и "болезни", — отмечает первый автор исследования Сянрань Ли. — Часто за признак, такой как засухоустойчивость, отвечает множество генов, каждый из которых вносит небольшой вклад. Это делает изучение очень трудным".

Новый подход с GWAS

Вместо традиционного анализа изолированных участков генома методом проб и ошибок, исследователи применили GWAS. Этот метод сканирует весь геном в поисках небольших вариаций, которые могут влиять на риск развития определенного признака или "заболевания".

"Проведение полномасштабных исследований генома сельскохозяйственных культур остается сложной задачей из-за стоимости и сложности генома", — говорит Патрик Шнабл, соавтор исследования. — "Мы хотели получить общее представление о том, какие регионы генома культур следует изучать детально".

Результаты

Используя GWAS и дополнительные методы идентификации генетических вариантов, исследователи обнаружили, что в среднем 79% обнаруживаемых генетических сигналов сосредоточены в ранее определенных генах и их промоторных областях.

Это значительное увеличение по сравнению с анализом только кодирующих генов.

"Раньше мы думали, что гены — это единственный приоритет для поиска, а остальные последовательности ДНК менее важны или бесполезны", — поясняет Цзяньмин Юй. — "Теперь мы видим, что и в других регионах есть важный генетический код. Однако полный анализ без приоритизации может быть слишком дорогим. Эффективный GWAS для культур со сложными геномами по-прежнему необходимо проводить, используя комбинацию доступных геномных технологий".