Создан самый точный «навигатор» по геному пшеницы

Учёные создали самую точную на сегодня систему навигации по геному хлебной пшеницы, что позволяет исследователям и селекционерам анализировать её гены проще, чем когда-либо.

Пшеница — одна из важнейших зерновых культур в мире, но и одна из самых сложных. Три её субгенома вместе содержат примерно в пять раз больше ДНК, чем геном человека. Почти 80% этого генетического материала является повторяющимся, что ещё больше затрудняет его секвенирование и анализ.

Используя передовые технологии секвенирования и вычислительные методы, учёные из Института Эрлхэма совместно с коллегами из Центра Джона Иннеса опубликовали самую полную картину генома пшеницы. Она включает расположение и детальную аннотацию более 100 000 генов. Более пятой части (22%) этих генов полностью отсутствовали в более ранних сборках или были представлены лишь фрагментарно.

«Мы применили новейшие методы секвенирования и биоинформатики, разработанные в нашем институте, к огромному и сложному геному пшеницы. Нам удалось достичь лучших из когда-либо виденных результатов, включая обнаружение ранее скрытых генов», — говорит старший автор работы Мэтью Кларк.

Результаты, опубликованные в Genome Research, сосредоточены на сорте Chinese Spring — стандартном культиваре для геномных исследований. Геном и аннотации стали самым востребованным ресурсом на геномном портале Plant Ensembl, где они доступны уже более года для тысяч исследователей и селекционеров.

Усовершенствованная сборка генома в сочетании с высококачественными данными секвенирования и новыми методами позволила учёным точнее идентифицировать гены и области генома с интересными функциями. Определив полные последовательности ДНК генов, исследователи сделали возможным выявление более полных наборов сходных генов — так называемых генных семейств, — важных для урожайности, устойчивости к болезням или других сельскохозяйственно значимых качеств.

Учёные уже использовали эти достижения для изучения британских сортов и выложили шесть геномов пшеницы на открытом ресурсе Grassroots Genomics. Они также начали применять результаты для более точного определения местоположения генов устойчивости к болезням и генов, важных для вязкоупругих свойств хлеба.

Более двух миллиардов человек в мире полагаются на пшеницу как на основной продукт питания. Однако рост урожайности с середины 1990-х годов стагнирует. Лучшая карта генома пшеницы необходима для преодоления этого тупика. Она поможет выявить местоположение важных признаков, которые можно внедрить в элитные сорта.

«Учёные по всему миру уже используют эти новые результаты. Но что ещё важнее, наши открытые методы позволяют достичь нового уровня точности для любой линии пшеницы и многих других сложных геномов», — говорит ведущий автор Бернардо Клавихо.

Соавтор исследования Ксения Красилева сравнивает создание сборки генома с навигацией по GPS: «Полная сборка генома и аннотация генов обеспечивают вид "спутниковой навигации", который указывает путь к полезным генам во всех разновидностях вида».

«Это самая полная на сегодня аннотация генов пшеницы, представляющая собой значительный прогресс, который поможет селекционерам и исследователям ускорить дальнейшее улучшение сортов, особенно учитывая, что результаты свободно доступны для всех», — отмечает руководитель группы в EI Дэвид Сворбрек.