Расшифрован полный геном проса: ключ к продовольственной безопасности

Международная группа исследователей провела масштабный геномный анализ Setaria или проса посевного — важной зерновой культуры. Исследование, проведенное под руководством Китайской академии сельскохозяйственных наук с участием ученых из NYU, углубляет понимание одомашнивания, эволюции проса и генетической основы важных сельскохозяйственных признаков.

«Просо считается основой ранней китайской цивилизации. Более того, поскольку эта культура может расти в широком диапазоне условий, включая засушливые земли, она имеет потенциал для обеспечения продовольственной безопасности в условиях изменения климата», — говорит Майкл Пуругганан, соавтор исследования.

Просо посевное — одна из старейших одомашненных зерновых культур в мире, выращиваемая человеком около 11 000 лет. Оно доминировало в китайском сельском хозяйстве до внедрения высокозатратных практик, таких как орошение и химические удобрения. Богатое белком зерно использует C4-фотосинтез — высокоэффективную форму фотосинтеза, которая помогает адаптироваться к разным условиям, устойчиво к засухе и может процветать на малоплодородных почвах.

«C4-растения составляют лишь около 3% видов цветковых растений, но на удивление вносят примерно 25–30% в мировое производство биомассы. Сложность геномов большинства видов C4 создавала проблемы для фундаментальных исследований и селекции, но Setaria служит идеальной модельной системой для изучения C4-фотосинтезирующих растений в геномных и генетических исследованиях», — пояснил Сяньминь Дяо, организовавший исследование.

Ключевые результаты исследования

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Genetics, ученые установили пан-геном Setaria (полный набор генов вида), собрав 110 репрезентативных геномов из мировой коллекции 1844 видов Setaria.

• Проведены масштабные генетические исследования 68 признаков в 22 условиях в 13 географических точках с разным климатом.
• Выявлены потенциальные гены и маркер-панели, объясняющие, как просо эволюционировало и улучшалось в разных регионах. Например, обнаружен ген SiGW3, регулирующий урожайность зерна.
• Построена первая графовая последовательность генома Setaria, дающая представление о геномных вариациях среди диких и культурных форм.

Это глубокое понимание комплексной геномной вариативности дает исследователям ценные генетические инструменты для биологических исследований и селекции.

«Эта работа — важная веха, которая прокладывает путь для исследований в области сравнительной геномики следующего поколения, способных расшифровать молекулярный механизм C4-фотосинтеза. Масштабные исследования сравнительной геномики, полногеномного поиска ассоциаций и геномной селекции Setaria не только открывают возможности для открытия генов и улучшения селекции самого проса, но и дают представление для других культур с целью повышения глобальной продовольственной безопасности», — добавил Дяо.

«Понимание генетической основы одомашнивания и улучшения проса, наряду с этими важными сельскохозяйственными характеристиками, обладает значительным потенциалом для его совершенствования. С нашим графовым геномом мы можем оценивать признаки, связанные с качеством зерна, и потенциальную урожайность, открывая пути для селекции проса, адаптированной к изменению климата», — сказал Цян Хэ, первый автор исследования.