Исследователи селекции хлопка совершили гигантский скачок
Ограниченная генетическая база и технологии долгое время затрудняли поиск специфичных ДНК-маркеров для локализации генов, отвечающих за желательные признаки у хлопка. Теперь эта проблема решена.
Доктор Дэвид Стелли, селекционер хлопка из Texas A&M AgriLife Research, заявил, что с ожидаемым выпуском «SNP-чипов для хлопка», содержащих однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), селекция хлопка выйдет на скоростную трассу. SNP — это вариации в последовательности ДНК.
«Новый чип станет первым из нескольких квантовых скачков в ближайшие годы, которые откроют множество дверей для исследований и улучшений в селекции хлопка. Хотя сами по себе ДНК-маркеры не панацея, они могут "затурбировать" селекционный процесс», — сказал Стелли.
В масштабном проекте под руководством Стелли, его аспирантки Аманды Халс и постдока доктора Фея Вана участвовали исследователи из Университета Калифорнии-Дэвис, Университета Бригама Янга и USDA-ARS при поддержке Cotton Incorporated.
Важность маркеров
Маркеры, дифференцирующие линии хлопка, необходимы для применения геномных технологий в селекции. Для максимальной эффективности они должны быть многочисленными, вариабельными и относительно дешёвыми в использовании. Среди всех культур SNP — самый многочисленный и широко распространённый тип ДНК-маркера, а также наименее затратный.
Традиции и новации
Традиционная селекция основана на гибридизации, инбридинге и отборе. Чтобы найти превосходные генетические рекомбинации, селекционеры скрещивают элитные, но близкородственные линии. Этот процесс требует всестороннего тестирования в разных условиях по множеству сложных признаков. Молекулярные маркеры могут значительно помочь в отборе родительских форм, анализе сложных признаков и селекции на полезные гены.
Международный консорциум
Именно потребность в высокопроизводительных маркерах мотивировала создание консорциума по разработке «SNP-чипа для хлопка» для глобального использования. К проекту присоединились CSIRO (Австралия), CIRAD (Франция), CSIR-NBRI (Индия), а также компания Dow AgroSciences.
«Запуск чипа знаменует важный шаг вперёд. Это означает овладение геномными технологиями и возможность предоставить исследователям платформу для выведения лучшего хлопка», — отметил Стелли.
Содержимое чипа
После многолетней работы международное сообщество отобрало 70 000 публичных SNP в качестве базового содержимого для каждого чипа, с полностью раскрытыми последовательностями ДНК. Кроме того, каждый чип имеет возможность добавить ещё 20 000 приватных SNP для нужд частной индустрии.
Техасская группа под руководством Стелли тесно сотрудничала с лабораторией доктора Аллена Ван Дейнзе в UC Davis. Группа A&M лидировала в разработке межвидовых SNP (для дифференциации культурного хлопка и близкородственных видов), а лаборатория в Дэвисе — внутривидовых SNP (для дифференциации сортов и линий культурного хлопка).
Применение в селекции
SNP — это инструмент для навигации по геному. Селекционеры могут использовать их для косвенного отбора по хозяйственно-ценным признакам, например, по длине волокна, зная, что определённые SNP находятся рядом с нужными генами.
«Мы стремимся обеспечить применение SNP для создания превосходных генетических комбинаций и повышения эффективности селекционных программ. Одни из самых быстрых применений будут для простых признаков, оценка которых на растениях неточна или дорога, например, устойчивость к нематодам», — пояснил Стелли.
Консорциум объявил о соглашении с компанией Illumina на производство чипов «BeadArray» для анализа SNP хлопка. Используя маркеры, исследователи смогут анализировать сходство и различия хромосомных сегментов у тысяч линий, что станет мощным инструментом для выбора родительских пар и постановки селекционных целей.
Перспективы
Этот инструмент откроет двери для более эффективного использования природных ресурсов дикого хлопка и задач, ранее невыполнимых для публичных исследователей.
«Селекция наиболее успешна, когда сложный признак можно разбить на конкретные составляющие и свести к относительно небольшому количеству генов. SNP помогают нам в этом, являясь отличным аналитическим инструментом для "рассечения" признака», — сказал Стелли.
Хлопок — экономически важная культура, и этот инструмент позволит селекционерам развивать растение, чтобы производить больше с меньшими затратами, делая сельское хозяйство более устойчивым. Наличие такого ресурса ставит хлопок в более конкурентное положение для использования передовой науки.