Пришло время сбора урожая, хлопковые поля выглядят так, словно попкорн буквально растет на растениях, и пушистые белые коробочки вырываются из зеленых стручков во всех направлениях. В мире насчитывается 100 миллионов семей, чьи средства к существованию зависят от производства хлопка, а ежегодный экономический эффект урожая в 500 миллиардов долларов во всем мире подчеркивает его ценность и важность в нашей жизни.
В Соединенных Штатах производство хлопка сосредоточено на двух сортах: 95 процентов выращиваемого урожая известно как высокогорный хлопок (Gossypium hirsutum), в то время как остальные 5 процентов называются американский пима (G. barbadense). Это два из пяти основных родословные хлопка; G. tomentosum, G. mustelinum и G. darwinii - другие. Все эти хлопковые линии имеют геномы размером примерно 2,3 миллиарда оснований или гигабаз (Gb) и представляют собой гибриды, состоящие из генома хлопка А и хлопка D.
Многопрофильная группа, включающая исследователей в Объединенном институте генома Министерства энергетики США (JGI), Научно-исследовательском центре Министерства энергетики США, расположенном в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (лаборатория Беркли), теперь упорядочила и собрала геномы этих пяти хлопковые линии. Ведущие авторы статьи, опубликованной 20 апреля 2020 года в журнале «Природная генетика», включают Джейн Гримвуд и Джереми Шмутца из программы растений JGI, которые являются исследователями факультета Биотехнологического института им.
«Цель была для всей этой новой хлопковой работы, и даже оригинальный хлопковый проект состоял в том, чтобы попытаться внедрить молекулярные методы селекции в хлопок», - сказал Шмутц, который возглавляет заводскую программу JGI. Он и Гримвуд были также частью команды JGI, которая внесла вклад в многонациональный консорциум исследователей, который несколько лет назад упорядочил и собрал простейший геном хлопка (G. raimondii). Изучение хлопковых геномов дает селекционерам понимание улучшения урожая на генетическом уровне, в том числе, почему наличие нескольких копий их геномов (полиплоидия) так важно для сельскохозяйственных культур. Кроме того, хлопок почти полностью состоит из целлюлозы, и это модель волокна для понимания молекулярного развития целлюлозы.
Хлопковые геномы на фитозоме
Геномы всех пяти линий хлопка и хлопка D доступны для сравнительного анализа на портале данных растений JGI Phytozome, который является хранилищем сообщества и ресурсом для геномов растений. Они аннотированы с помощью конвейера аннотаций растений JGI, который обеспечивает высококачественное сравнение этих геномов внутри себя и с другими геномами растений.
«Во всем мире хлопок является основной культурой натуральных волокон в мире, основной масличной культурой и важной кормовой культурой для крупного рогатого скота», - отметил Дэвид Стелли, другой соавтор исследования в Техасском университете A & M. «Этот отчет открывает новые возможности в многочисленных базовых и прикладных научных дисциплинах, которые прямо и косвенно связаны с генетическим разнообразием, эволюцией, использованием дикой зародышевой плазмы и повышением эффективности, с которой мы используем природные ресурсы для обеспечения общества».
Сравнительный анализ пяти хлопковых геномов выявил уникальные гены, связанные с признаками волокон и семян у одомашненных видов G. barbadense и G. hirsutum. Уникальные гены были также идентифицированы в трех других диких видах. «Мы подумали:« Во всех этих диких тетраплоидах будет много генов устойчивости к болезням, которые мы сможем использовать », - сказал Шмутц. «Но оказывается, что в дикой природе нет такого разнообразия в хлопке. И это удивительно для меня для вида, который был так широко распространен».
В поле производители могут легко отличить виды хлопка по признакам, таким как цвет цветка, высота растения или урожайность волокна. К удивлению команды, несмотря на то, что основные хлопковые линии разошлись и диверсифицировались более миллиона лет назад, их геномы были «удивительно» стабильны. «Мы думали, что мы секвенировали один и тот же геном несколько раз», - вспоминает Шмутц. «Мы были немного смущены, потому что они были так генетически похожи».
Преимущества наукоемкой науки
«Результаты, описанные в этой публикации Nature Genetics, будут способствовать более глубокому пониманию биологии хлопка и приведут к более высокому урожаю и улучшенной клетчатке при одновременном снижении затрат на сырье. Производители, текстильная промышленность и потребители будут извлекать выгоду из этой высокоэффективной науки на долгие годы, "сказал Дон Джонс, который занимается улучшением сортов для Cotton Incorporated, исследовательской и маркетинговой компании, представляющей высокогорный хлопок, финансируемый американскими производителями высокогорного хлопка и импортерами хлопка и хлопчатобумажных текстильных изделий, которые часто называют цепочкой создания стоимости от грязи к рубашке.
Джонс добавил, что сборка большого и сложного генома хлопка означает избирательность в выборе команды для финансовой поддержки. «Мы должны быть осторожны с теми, кого просим взять на себя эти проекты, из-за их сложности и сложности, но мы были чрезвычайно довольны Джереми, Джейн и их командой. Многие группы собирают геномы, но очень немногие делают это настолько хорошо, что это выдерживает испытание временем и считается золотым стандартом мирового хлопкового сообщества. Это один из таких примеров ».
Джонс отметил, что он говорит с производителями о долгосрочных инвестициях Cotton Inc. в исследования урожая. «Я сказал нашим производителям:« Думайте об этих эталонных геномах как о знании хирурга, а о редактировании генов - как новом инструменте. Чтобы точно знать, где использовать ваш невероятно точный инструмент, вы должны знать, где его использовать ». какую именно базу или серию баз вы должны изменить. Почему мы должны вкладывать деньги в то, что может не принести нам немедленной выгоды в течение десятилетия? Мы считаем, что это фундаментальное исследование должно проводиться для того, чтобы стимулировать его. Зачастую эти вещи занимают не пять или восемь лет, а иногда 10 или 15 лет, потому что технологии развиваются с течением времени. "
