Ученые применяют передовые методы геномного секвенирования к каждому из четырех гаплоидных геномов картофеля, ускоряя выявление полезных признаков, таких как устойчивость к болезням и устойчивость к изменению климата.
Институт Джеймса Хаттона является одним из мировых лидером в области научных исследований и селекционных программ, направленных на создание новых сортов картофеля с желаемыми агрономическими характеристиками и устойчивостью к внешним стрессам, таким как экстремальные температуры и болезни.
Перед лицом растущих проблем - нестабильности климата, появления новых патогенов и необходимости обеспечения устойчивого производства продовольствия - возможность вывести лучший картофель уже не является просто агрономической целью; это глобальная необходимость.
Однако селекция картофеля - непростая задача: даже когда все желаемые признаки присутствуют в родительских растениях картофеля, их потомство часто наследует лишь ограниченное количество этих признаков. Эта проблема возникает из-за того, что культивируемый картофель, как правило, тетраплоиден, то есть обладает четырьмя копиями своего генома. Эти множественные копии генома могут свободно рекомбинировать, делая наследование определенных ценных признаков крайне непредсказуемым. Это генетическая лотерея, которая замедлила прогресс на десятилетия.
Вот тут-то и вступают в игру молекулярные маркеры. Это определенные последовательности ДНК или вариации, расположенные в определенных местах генома. Действуя как генетические маяки, молекулярные маркеры сигнализируют селекционерам, присутствует или отсутствует сегмент ДНК, отвечающий за определенный признак, например, устойчивость к фитофторозу или засухоустойчивость, у данного потомства.
Масштабные исследования были посвящены выявлению генетической основы ключевых признаков и преобразованию этих знаний в набор информативных, действенных молекулярных маркеров, которые могут способствовать более эффективному отбору в программах разведения картофеля.
Революционный скачок вперед теперь стал возможен благодаря применению современных геномных технологий. Профессор Инго Хейн, руководитель отдела генетики картофеля в Институте Джеймса Хаттона, объясняет: «Мы задействовали геномные инструменты, которые позволяют исследователям анализировать каждую из четырех копий генома по отдельности. Это позволяет нам точно маркировать только полезные сегменты ДНК, известные как гаплотипы».
Прорыв заключается в использовании минимального представления последовательности всего генома картофеля, которое, умноженное на четыре копии, превышает 3,3 миллиарда пар оснований. Благодаря этой оптимизированной линзе исследователи теперь могут надежно определять наличие или отсутствие определенных участков ДНК, связанных с ценными признаками.
«Наша работа продемонстрировала эффективность этого подхода как для крупных геномных участков более миллиона пар оснований, так и для очень маленьких около 20 000 пар оснований», - отмечает Хейн.
Имея возможность отслеживать и маркировать только функциональный гаплотип - версию гена, которая обеспечивает агрономическую ценность - ученые теперь могут гарантировать, что гены устойчивости, усилители урожайности или качественные признаки будут напрямую переданы следующему поколению.
Для фермеров это означает более быстрый доступ к сортам картофеля, которые не только высокоурожайны, но и устойчивы к патогенам и экстремальным погодным условиям. Для отрасли это предлагает новые инструменты для сокращения использования химикатов, сохранения урожайности и достижения целей устойчивости.
Эффективность, достигаемая за счет селекции на основе гаплотипа, может значительно сократить цикл размножения, позволяя исследователям выводить новые сорта на рынок за меньшее время и с большей уверенностью в их эффективности.
В эпоху, когда новые болезни и непредсказуемая погода угрожают мировому производству продовольствия, исследование очень актуально.
Хотя данная геномная инновация впервые применяется в картофеле, она не является специфичной для конкретной культуры. Как утверждает профессор Хейн, «эта работа может быть адаптирована к любой культуре при условии наличия достаточной геномной и генетической информации. Будь то злаки, бобовые или плодовые культуры, этот метод имеет огромные перспективы».
Источник: James Hutton Institute.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.