Важный прорыв в исследованиях пшеницы
Более полная и точная сборка генома пшеницы стала доступна исследователям 12 ноября 2015 года благодаря The Genome Analysis Centre (TGAC). Этот ресурс, основанный на международных усилиях, поможет селекционерам ускорить программы по улучшению культуры, а учёным — обнаружить гены, отвечающие за ключевые признаки, такие как урожайность, эффективность использования питательных веществ и качество хлеба. Поскольку пшеница — одна из важнейших мировых культур, новые геномные ресурсы помогут обеспечить будущие продовольственные поставки.
Геном пшеницы теперь собран в меньшее количество и гораздо более крупные фрагменты ДНК, охватывая регионы, недоступные предыдущим сборкам, включая сложные высокоповторяющиеся области, составляющие около 80% последовательностей ДНК. «Более того, — сказал Мэтт Кларк, руководитель группы в TGAC, — пшеница имеет очень большой и сложный геном, образованный гибридизацией трёх близкородственных злаков, каждый из которых сам обладает большим геномом. Это была сложная проблема, которая ставила учёных в тупик в течение нескольких лет».
Достижение этого рубежа стало результатом крупного проекта в Великобритании по идентификации и пониманию генов пшеницы. В этой последней разработке потребовалось секвенировать миллиарды оснований, а сборка (гигантский пазл из миллиардов очень похожих друг на друга частей) заняла три недели на одном из крупнейших британских суперкомпьютеров, специально сконфигурированного для работы с пшеницей.
Для сборки генома пшеницы Бернардо Клавихо, руководитель группы разработки алгоритмов в TGAC, внёс серьёзные изменения в программное обеспечение DISCOVAR, разработанное Broad Institute (США). «Мы сосредоточили наш подход на достижении максимального покрытия генома, различая повторы. Мы очень тщательно подошли к использованию вновь сгенерированных высококачественных входных данных», — пояснил он.
Эти усовершенствования теперь позволяют программному обеспечению быстро и с высокой точностью собирать несколько геномов пшеницы. Это создаёт основу для быстрого получения полезных сборок многих сортов пшеницы, что является важным шагом для селекции и исследований. Майк Беван из John Innes Centre заявил: «Возможность эффективно секвенировать и собирать многие геномы пшеницы разрушает основные барьеры на пути улучшения этой культуры».
Ксения Красилева, руководитель группы в TGAC и TSL, провела первоначальную оценку сборок: «Одни из самых сложных и больших групп генов в пшенице — те, что влияют на питательные и хлебопекарные качества зерна. Все они присутствуют в сборке в полных копиях, что позволяет предположить, что другие труднособираемые гены также представлены точно».
Стив Вишер, заместитель генерального директора Совета по биотехнологическим и биологическим исследованиям (BBSRC), финансировавшего проект, отметил: «Этот важный шаг в расшифровке сложного генома пшеницы, который в пять раз больше человеческого, адаптировал специализированное программное обеспечение, разработанное для сборки генома человека».
Досрочный выпуск данных в качестве нового ресурса для мирового сообщества исследователей и селекционеров пшеницы отражает основополагающие принципы Международной инициативы по пшенице (Wheat Initiative) по обмену данными и синергии через сотрудничество. Данные для поиска последовательностей (BLAST) будут доступны на платформе TGAC Grassroot Genomics с 12 ноября 2015 года. Полный набор данных с идентифицированными генами станет общедоступным в базе данных Ensembl Европейского института биоинформатики (EBI) в конце 2015 года. Это ключевая веха в проекте BBSRC «Геномика тритиковых для устойчивого сельского хозяйства» в сотрудничестве с TGAC, JIC, EBI и Rothamsted Research.