Проект Synbreed: прорыв в геномной селекции животных и растений
Проект Synbreed добился крупных прорывов в селекции животных и растений, от более здорового крупного рогатого скота до кукурузы, лучше адаптированной к изменению климата. Используемые методы основаны на анализе ДНК, что позволяет ученым выявлять у животных и растений признаки, особенно выгодные для селекции. В отличие от других распространенных процессов, селекция на основе генома — гораздо более быстрый и предсказуемый путь к успеху.
Большие данные для успешной селекции
Зачастую именно крошечные различия в ДНК определяют прочность яичной скорлупы или устойчивость растения к засоленной почве. В рамках проекта ученые изучили гены различных сортов кукурузы, а также крупного рогатого скота и кур, проанализировав тысячи образцов. Их цель — найти комбинации генов, ответственные за желаемые признаки.
«Подход big data предоставил информацию о геноме различных фенотипов за ряд лет», — рассказывает руководитель проекта профессор Крис-Каролин Шён. — «Например, мы смогли с высокой точностью оценить селекционную ценность новых линий кукурузы и определить, будут ли они стабильно хорошо себя проявлять в разных условиях окружающей среды».
Фокус на более здоровых и выносливых животных
В рамках проекта команда под руководством профессора Руэди Фриза обнаружила, какие последовательности генов ответственны за темную пигментацию вокруг глаз у породы крупного рогатого скота Fleckvieh. Этот пигмент действует как солнцезащитные очки, защищая глаза животных от ультрафиолетовых лучей и возможных опухолей. «Этот признак был бы особенно полезен для Fleckvieh в странах, расположенных южнее, — и теперь мы можем целенаправленно вводить его в животных», — объясняет Фриз.
Исследователи также обнаружили генетический дефект, который делает быков-производителей более или менее бесплодными. «Благодаря методам, разработанным в ходе проекта Synbreed, успешная селекция может быть достигнута в два раза быстрее, чем с помощью традиционных методов», — говорит Фриз.
Результаты Synbreed, полученные Фризом, также были включены в международный «проект 1000 бычьих геномов», в рамках которого были секвенированы геномы четырех самых распространенных в мире пород крупного рогатого скота.
Ускоренная селекция кур-несушек
Для кур-несушек здоровье птиц так же важно, как и чистая продуктивность — например, яйценоскость или качество яиц. «Геномный анализ помогает нам изучать сложные признаки, например, смертность или поведение при встрече с другими животными», — объясняет профессор Хеннер Зимианер. Более того, успех в селекции кур может быть достигнут на 10–30% быстрее.
Анализ ДНК также сыграл важную роль в определении генетического разнообразия, которое обычно снижается в результате селекции. Исследователи изучили 160 пород кур со всего мира и обнаружили, что особенно те породы, которые несут белые яйца, демонстрируют меньшее разнообразие.
Хороший селекционный потенциал у генетически разнообразной кукурузы
«С помощью новых технологий мы можем с гораздо большей точностью оценить, какие растения, вероятно, приведут к селекционному успеху, и тем самым увеличить наши шансы», — комментирует Шён.
Геномный анализ также можно использовать для отбора сложных признаков вне сезона выращивания, например, у потомства, выращенного в теплице или в южном полушарии зимой.
Анализ генома показал, что генетическое разнообразие кукурузы также пострадало от селекции. Некоторые сегменты генома потеряли большое разнообразие; другие показывают значительный неиспользованный потенциал для селекции. Классификация и использование этого потенциала станут задачей для ученых в будущем.
Проект Synbreed: успешная селекция
«Проект Synbreed добился огромных прорывов в селекционных исследованиях, — заключает Шён. — Доказательством служит тот факт, что некоторые компании, специализирующиеся на селекции, уже применяют наши методы в больших масштабах».
Проект также дал значительный импульс сельскохозяйственным исследованиям в кампусе Вайенштефан TUM, включая структурные изменения в способах проведения исследований. Благодаря Synbreed TUM получила более заметный профиль в области международных исследований сельскохозяйственных наук, о чем свидетельствуют многочисленные публикации и проекты международного сотрудничества.