Обнаружено скрытое генетическое сокровище: исследование выявило неиспользуемое разнообразие в исторической коллекции пшеницы

Международное исследование, опубликованное в Nature, показало, что по меньшей мере 60% генетического разнообразия исторической коллекции пшеницы не используется в современных сортах. Это открывает беспрецедентные возможности для улучшения пшеницы и устойчивого обеспечения продовольствием растущего населения планеты.

Исследование под руководством доктора Саймона Гриффитса (John Innes Centre) и профессора Шифенга Чена (Agricultural Genomics Institute at Shenzhen, CAAS) длилось десять лет. Учёные изучили коллекцию местных сортов пшеницы А.Э. Уоткинса (A.E. Watkins Landrace Collection), собранную в 1920-1930-х годах из 32 стран и более не возделываемую, и сравнили её с современными сортами.

Ключевые результаты:

  • Сравнение показало, что современные сорта используют лишь 40% генетического разнообразия коллекции Уоткинса.
  • Оставшиеся 60% представляют собой «золотую жилу» полезных генов, утраченных после «Зелёной революции» XX века.
  • Глобально современные сорта происходят из Центральной и Западной Европы, используя лишь две из семи ancestral groups, представленных в коллекции.

Методология:

  • Глубокое фенотипирование: оценка 137 признаков на экспериментальных станциях в Великобритании (3 локации) и Китае (5 локаций). Rothamsted Research выступил в качестве фенотипического хаба.
  • Геномика: построение карты геномных вариаций и ассоциаций гаплотип-фенотип.
  • Генетический анализ: с помощью трёх подходов (QTL mapping, GWAS и NAM GWAS) обнаружены сотни уникальных гаплотипов Уоткинса, которые могут обеспечивать превосходные признаки.
  • Создание ресурса: для исследования была разработана core set из 119 местных сортов, представляющих всё разнообразие коллекции. Их скрестили с современной пшеницей, создав 12 000 линий, хранящихся в John Innes Centre.

Выявленные полезные признаки в неиспользуемом разнообразии включают:

  • Эффективность использования азота (N)
  • Устойчивость к слизням
  • Устойчивость к вредителям и болезням

Доктор Гриффитс подчеркивает: «Гены, повышающие эффективность использования азота, позволят фермерам применять меньше удобрений, экономя деньги и сокращая выбросы».

Все данные, ресурсы и созданный свободно доступный набор инструментов для селекционеров (breeder's toolkit) размещены в открытом доступе через Watkins Worldwide Wheat Genomics to Breeding Portal (https://wwwg2b.com/).

Профессор Чен отмечает: «Мы реализовали стратегию предселекции (pre-breeding), чтобы декодировать, обнаружить, спроектировать и внедрить прогресс в селекцию... Геномная революция ведёт к генетической и селекционной революции».

Исследование закладывает основу для whole-genome design pre-breeding пшеницы, соединяя геномику, феномику и селекционную практику. Ресурсы уже используются для улучшения сортов в Китае и по всему миру.

2024-06-17