Улучшение урожайности и качества зерновой культуры теффа

Тефф, или "пальцевое просо", — важная зерновая культура для Восточной Африки, где её выращивают тысячи лет. Однако селекция этой культуры для улучшения её признаков традиционно была сложной задачей для местных фермеров.

Профессор Университета Джорджии Катрин Девос и её коллеги сотрудничают с учёными из Кении, чтобы улучшить урожайность и качество зерна. "Традиционно селекция проводилась и часто до сих пор проводится путём отбора улучшенных линий внутри существующих сортов, — объяснила она. — Селекционеры полагаются на случайные спонтанные события перекрёстного опыления, когда опыление происходит пыльцой из соседнего сорта, а не собственной пыльцой, чтобы генерировать новые комбинации. Мы работаем с селекционерами в Восточной Африке, чтобы перенести селекцию теффа в XXI век".

Исследование было опубликовано в журнале The Plant Genome Journal.

Команда поставила цель предоставить селекционерам лучшие инструменты для целенаправленного улучшения признаков проса. Для этого потребовалось изучить ДНК теффа, чтобы найти гены, ответственные за полезные признаки. "Это непростая задача", — отмечает Девос.

Исследователи использовали метод генотипирования секвенированием (genotyping-by-sequencing). Это форма секвенирования, при которой секвенируется небольшая часть генома, репрезентативная для целого. Это экономит время и деньги и позволяет получить достаточно данных для генетического картирования. Это картирование позволило им найти потенциальные гены или области генома, ответственные за определённые признаки, — так называемые локусы количественных признаков (quantitative trait loci).

"Большинство признаков контролируются множеством генов, — говорит Девос. — Чтобы найти гены, контролирующие интересующий признак, проводится этот анализ. Хромосомные области, которые влияют на экспрессию признака, идентифицируются с помощью компьютерных моделей". Она добавляет, что эти области генома затем можно идентифицировать с помощью ДНК-маркеров, чтобы селекционеры могли легче использовать их для улучшения культуры.

Учёные оценивали признаки, сильно влияющие на урожайность культуры, такие как:

• Количество метёлок (где формируются зёрна).
• Устойчивость к болезням.
• Срок созревания (в засушливых районах предпочтительно раннее созревание).

Основная болезнь, поражающая тефф в Восточной Африке, — пирикуляриоз (blast disease), вызываемый грибком. Грибок может инфицировать листья растения, но наиболее разрушителен при поражении метёлки. "Заражение во время цветения или развития зерна наиболее губительно, — говорит Девос. — Оно может привести к потерям урожая до 90% в условиях, благоприятных для развития болезни. Много исследований было проведено по пирикуляриозу риса, но работа по пирикуляриозу теффа всё ещё находится в зачаточном состоянии".

Она добавляет, что для борьбы с болезнью можно использовать фунгициды, но они могут быть очень дорогими. Селекция на устойчивость — единственный подход, который позволит обеспечить устойчивое производство теффа.

Исследование также включало сравнение теффа с другими похожими культурами. Поскольку о геноме теффа известно немного, сравнение с такими культурами, как рис и сорго, может помочь сделать обоснованные предположения о функциях некоторых его генов.

Девос описывает тефф как "сиротскую культуру (orphan crop)", потому что она в значительной степени игнорировалась международным научным сообществом. Девос была одним из пионеров, разработавших идею сравнения генетики теффа с другими зерновыми. "Моя лаборатория вместе с коллабораторами в США и Восточной Африке работала последние шесть лет или около того, чтобы заполнить этот пробел, — объясняет Девос. — Исследования теффа по-прежнему отстают по сравнению с другими зерновыми культурами, но мы можем использовать и применять знания, доступные для основных злаков, к теффу. Эта передача знаний позволяет нам быстрее прогрессировать в изучении сиротских видов сельскохозяйственных культур".