Китайские ученые создали самую полную на сегодняшний день генетическую карту одного из важнейших в мире растений – хлопчатника. Этот прорыв не просто проливает свет на эволюцию культуры, но и выявляет ранее скрытые генетические признаки, которые могут помочь в создании более устойчивых и продуктивных сортов хлопчатника.
Исследование провела команда ученых под руководством Ли Фугуана и Ян Чжаоэня из Института исследований хлопка Китайской академии сельскохозяйственных наук. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Genetics.
Новое исследование решает ключевую проблему в мировом производстве хлопчатника: интенсивное выращивание культуры и селекция резко сократили генетическое разнообразие растения, которое обеспечивает более 95 % мирового производства натурального волокна. Это делает культуру более уязвимой перед болезнями, вредителями и изменением климата, а также ограничивает дальнейший рост качества урожая.
Чтобы найти новый генетический материал для селекции хлопчатника, китайские ученые создали «суперпангеном» – обширную генетическую библиотеку, составленную из 107 репрезентативных сортов культуры. Этот мощный инструмент позволил селекционерам выявить крупные структурные вариации в ДНК растений, включая значительные перестройки, обмены и инверсии хромосомных сегментов, которые определяют адаптивные свойства культуры.
Знаковым открытием стало выявление специфического крупномасштабного хромосомного обмена. По мнению ученых, эта генетическая сигнатура указывает на то, что современный хлопок произошел от удивительно узкой линии в Центральной Америке.
В ходе работы селекционеры установили связь между этими структурными вариациями и важнейшими сельскохозяйственными признаками растения.
Выявлено 69 генетических локусов, связанных с качеством и урожайностью волокна, 62 из которых являются совершенно новыми открытиями, невидимыми для традиционного генетического анализа.
Также ученые определили специфические вариации, контролирующие естественную устойчивость к вредителям и цвет волокна. Кроме того, обнаружен новый генетический участок, VWD11, который обеспечивает устойчивость растения к вертициллезному увяданию.
Помимо анализа конкретных генов, исследование реконструирует эволюционный путь хлопчатника. Китайские ученые представили трехэтапную модель «одомашнивания» культуры:
- зарождение на полуострове Юкатан в Мексике,
- распространение в Гватемалу,
- а затем глобальное распространение.
Также исследователи продемонстрировали, как историческая естественная гибридизация с другим видом хлопчатника внесла ценные адаптивные признаки в геном растения.
Работа получила высокую оценку ведущих ученых-аграриев КНР. Чэнь Сяоя, академик Китайской академии наук, отметил, что исследование «открывает новый взгляд на понимание эволюции хлопка и представляет важные генетические маркеры для ускорения биологической селекции, поддерживая как фундаментальные исследования, так и устойчивое развитие хлопковой промышленности».
Чжан Сяньлун, академик Китайской инженерной академии, подчеркнул масштаб и значимость исследования. «Создав самый большой и разнообразный графический пангеном для хлопчатника, команда прояснила его происхождение и распространение в Америке», – сказал он.
Эта генетическая дорожная карта предоставляет селекционерам мощный инструментарий. «Она превращает селекцию из широкого поиска в целенаправленный процесс инженерии», – сказал ведущий автор исследования Ли.
Результаты исследования имеют особую важность для Китая, крупнейшего в мире производителя хлопчатника и потребителя хлопка. Работа будет способствовать повышению устойчивости и экологичности сельскохозяйственной базы страны, что окажет влияние на глобальную безопасности текстильной отрасли.
новость подготовлена по материалам Xinhua