Выведение лучших тополей для биотоплива
Для выведения более устойчивых и здоровых пищевых культур человечеству потребовались тысячелетия проб и ошибок.
«Мы не можем ждать так долго, чтобы разработать лучшие культуры для биотоплива», — говорит Виктор Бусов, генетик растений из Школы лесных ресурсов и экологических наук Мичиганского технологического университета. — «Нам нужно двигаться быстрее, чтобы удовлетворить потребности завтрашнего дня, и единственный способ сделать это — через знания».
Поэтому Бусов использует инструменты XXI века — геном тополя и фрагменты ДНК, известные как активационные метки (activation tags), — для идентификации генов, которые заставляют растения расти быстрее или меняют их химические или физические свойства.
Он недавно получил грант в размере 1,1 миллиона долларов от Министерства энергетики и Министерства сельского хозяйства США для анализа генетических признаков, влияющих на качество и урожайность древесной биомассы у рода Populus, который включает такие виды, как осины и тополя. Мичиганский технологический университет будет работать с Национальной лабораторией Ок-Ридж (ORNL) и Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) в рамках этого 3-летнего исследования.
Метод активационных меток
Бусов выращивает 5000 независимых линий тополей в контролируемых лабораторных условиях. В каждую из этих линий ученые вставили активационные метки в разные позиции генома тополя. Вставка меток приводит к активации ближайшего к ним гена — отсюда и их название.
Основная цель проекта — найти гены, активация которых меняет рост и/или свойства древесной биомассы. Команда из Мичиганского технологического университета — с помощью NREL, где разработана специализированная технология пиролитической масс-спектрометрии — изучит рост и свойства древесины каждой отдельной линии по сравнению с линиями без метки.
Идентификация полезных генов
Они стремятся идентифицировать линии, в которых активация генов приводит к полезным изменениям в росте и свойствах древесины. Поскольку исследователи знают последовательность ДНК меток и имеют полную последовательность генома тополя, они могут использовать простые методы, чтобы вернуться и идентифицировать активированные гены, вызывающие полезные изменения. Бусов ожидает идентификации 160 или более помеченных генов, которые могут влиять на скорость роста дерева или количество и качество древесины.
Связь с дикорастущими популяциями
Параллельно ORNL проведет секвенирование 1100 дикорастущих тополей на северо-западе Тихого океана. ORNL сопоставит генетические изменения, которые идентифицирует Бусов, с генетическими изменениями у деревьев, растущих в дикой природе. Команда надеется найти изменения ДНК в нативных генах, которые могут придавать свойства, аналогичные выявленным в линиях с активационными метками. Это должно позволить им разработать ДНК-маркеры, которые помогут селекционерам тополей и других деревьев точнее и быстрее отбирать полезные признаки роста и качества древесины.
«Как только вы узнаете, какие последовательности ДНК вызывают различные изменения, селекционеры могут использовать эту информацию для выведения деревьев с точно заданными качествами», — объясняет исследователь.
Значение для селекции
«Селекционерам нужна простая, быстрая и недорогая технология, которая поможет им изменить характеристики сортов, отбираемых для биотоплива», — добавляет он. Именно такая технология, как надеются Бусов и его коллеги, появится в результате их генетических исследований тополей.
«Эта работа была бы невозможна без инвестиций Министерства энергетики в секвенирование всего генома тополя», — отмечает Бусов. В геноме тополя примерно 480 миллионов пар оснований — строительных блоков ДНК. Было бы титанической задачей пометить и идентифицировать такое количество генов, не зная последовательности генома.