Новый генетический атлас поможет более эффективно выращивать пшеницу

Руководитель исследования Кертис Позняк сравнивает полученные данные с наконец-то найденным недостающим фрагментом паззла и надеется, что они помогут изменить подход к выращиванию пшеницы во всем мире.

Международная группа ученых под руководством Университета Саскачевана секвенировала геномы 15 сортов пшеницы, выращиваемых в различных странах по всему миру. Этот знаменательный результат, как ожидается, поможет исследователям и селекционерам гораздо быстрее и точнее идентифицировать гены, влияющие на урожайность, устойчивость к вредителям и болезням, а также на другие важные характеристики сельскохозяйственных культур.

В реализации проекта «The 10+ Genome» участвовали более 95 ученых из университетов и научных институтов Канады, Швейцарии, Германии, Японии, Великобритании, Саудовской Аравии, Мексики, Израиля, Австралии и США. Полученные ими результаты, опубликованные в журнале Nature, представляют собой по собственному определению исследовательской группы наиболее полный атлас последовательностей генома пшеницы из когда-либо опубликованных.

«Это сродни нахождение недостающих элементов паззла, который никак не удавалось собрать в течение очень долгого времени», – сказал руководитель проекта Кертис Позняк, директор Центра развития сельскохозяйственных культур США (CDC). – «Теперь же, имея под рукой большое количество полных наборов генов, мы можем помочь выполнить огромную задачу – воссоздание пангенома пшеницы – и тем самым открыть новую эру для селекции и разведения пшеницы».

Ожидается, что полученный генетический атлас будет использоваться научными группами в самых разных организациях и странах для выявления генов, связанных с такими важными характеристиками, как устойчивость к вредителям и болезням. В результате это повысит эффективность глобальной селекционной системы.

«Этот инструмент позволит нам более точно контролировать селекцию, чтобы повысить скорость улучшения пшеницы на генном уровне в интересах фермеров и потребителей, а также более эффективно удовлетворять постоянно возрастающие потребности в продовольствии», – добавил Позняк.

Будучи одной из наиболее востребованных зерновых культур в мире, пшеница играет огромную роль в решении глобальных продовольственных задач. По оценкам экспертов, эта культура обеспечивает порядка 20% калорий, ежегодно потребляемых человечеством. По прогнозам же исследователей из Университета Саскачевана, чтобы удовлетворить растущий мировой спрос, производство пшеницы должно вырасти более чем на 50 процентов уже к 2050 году. И знание того, какие гены пшеницы отвечают за количество и качество получаемого урожая, может иметь решающее значение для достижения этой цели.

Исследователи объясняют, что им удалось отследить уникальные ДНК-сигнатуры генетического материала, внедренного в современные сорта от нескольких неокультуренных родственников пшеницы.

«Эти виды, родственные пшенице, использовались селекционерами для повышения устойчивости пшеницы к болезням и стресса», – сказал Позняк. – «От одного из этих родственников в современную пшеницу был внедрен ДНК-сегмент, который содержит гены устойчивости к болезням и обеспечивает защиту от ряда грибковых заболеваний. Наши сотрудники из Университета штата Канзас и Международного центра улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT) в Мексике показали, что уже один только этот сегмент может повысить урожайность на 10%. А, поскольку селекция – это непрерывный процесс, мы можем продолжать скрещивать растения, чтобы сделать этот ценный признак еще более выраженным».

Команда Позняка в сотрудничестве с учеными из Министерства сельского хозяйства и агропродовольствия Канады и Национального исследовательского совета Канады также исследовала последовательности генома на предмет выявления и использования гена устойчивости к насекомым-вредителям. В частности, этот ген способен обеспечить пшенице защиту от апельсиновой мошки – вредителя, который потенциально может стать причиной ежегодных убытков агропроизводителей из Западной Канады на сумму более 60 миллионов долларов.

«Выявление и понимание этиологических генов, подобных этому, кардинально меняет правила игры в селекции. С ними и знаниями о них можно эффективнее развивать в сельскохозяйственных культурах устойчивость к вредителям, используя простой ДНК-тест, а не ручное полевое тестирование», – заключил Позняк.