Скрытые генетические сокровища обнаружены в исторической коллекции пшеницы. Десятилетнее совместное исследование международной команды ученых выявило огромный генетический потенциал, который не использован в современных сортах пшеницы. Оно показывает, что, показывает, что по меньшей мере 60% генетического разнообразия, обнаруженного в исторической коллекции пшеницы, не используется, что дает беспрецедентную возможность улучшить современную пшеницу и устойчиво кормить растущее население планеты.

Участники научной работы, проведенной под руководством доктора Саймона Гриффитса из Центра Джона Иннеса и профессора Шифэн Ченга из Института сельскохозяйственной геномики в Шэньчжэне Китайской академии сельскохозяйственных наук (CAAS), изучили коллекцию Артура Эрнеста Уоткинса — историческую коллекцию староместных сортов пшеницы, которые больше не выращиваются нигде в мире, и сравнили растения ее с современными пшеницами. Международное исследование опубликовано в журнале Nature.

«Мы создали совместный и взаимодополняющий консорциум с полной открытостью, сделав ресурсы по зародышевой плазме, наборы геномных и фенотипических данных общедоступными через Watkins Worldwide Wheat Genomics to Breeding Portal ( https://wwwg2b.com/ ). Наши усилия ускорят многие существующие проекты как в области фундаментальных исследований, так и в селекционной практике», — сказал профессор Шифэн Ченг.

Одним из ключевых факторов, способствовавших успеху, является углубленное фенотипирование, охватывающее экспериментальные станции из Великобритании (три локации) и полевые оценки (пять локаций) от северного до южного Китая. Всего в этом исследовании было изучено 137 признаков. Эта работа была поддержана исследователями научной британской станции Rothamsted Research, которая отвечали за фенотипирование, чтобы лучше понять качества и характеристики пшеницы, а также связать урожай с генетической последовательностью.

Команда построила карту геномных вариаций пшеницы, карту ассоциации гаплотипов и фенотипов. Сравнение местных сортов и сортов показало, что современные сорта пшеницы используют только 40% генетического разнообразия, обнаруженного в коллекции Уоткинса.

Оставшееся разнообразие представляет собой золотую жилу потенциала для улучшения современной пшеницы, говорит доктор Гриффитс, руководитель группы Центра Джона Иннеса и автор статьи: «Эти недостающие 60%, обнаруженные в этом исследовании, полны полезных генов, которые нам нужны. Эти полезные вариации отсутствуют в современной пшенице, и крайне важно использовать их в современной селекции. Важно, что гены и признаки успешно выявляются с использованием данных и инструментов, разработанных за последнее десятилетие».

Коллекция мягкой пшеницы А.Э. Уоткинса, собранная в 1920-х и 1930-х годах из 32 стран, представляет собой наиболее полную коллекцию исторической пшеницы в мире.

Коллекция дает представление о разнообразии культивируемой пшеницы до появления современной систематической селекции растений и показывает, как генетические вариации распределялись по кластерам или предковым группам по всему миру.

«Мы можем проследить новое функциональное и полезное разнообразие, которое было потеряно в современных пшеницах после «зеленой революции» 20-го века, и иметь возможность вернуть в элиту в программах селекции», — говорит профессор Ченг.

Анализ геномики и биоинформатики, проведенный исследователями из Института сельскохозяйственной геномики в Шэньчжэне, позволил консорциуму увидеть, откуда взялась современная пшеница. Они обнаружили, что во всем мире сорта пшеницы происходят из Центральной и Западной Европы, и только две из семи предковых групп в коллекции Уоткинса используются в современной селекции растений.

Используя три взаимодополняющих подхода ассоциативной генетики (QTL-картирование, GWAS и NAM GWAS), команда обнаружила сотни уникальных гаплотипов, которые могут придавать превосходные признаки современным пшеницам.

Ключевые черты, уже обнаруженные в этом неиспользованном разнообразии, включают эффективность использования азота, устойчивость к слизням и другим вредителям, а также устойчивость к болезням.

Доктор Гриффитс добавляет: «Существуют гены, которые позволят селекционерам повысить эффективность использования азота в пшенице. Если мы сможем внедрить их в современные сорта, которые фермеры смогут выращивать, им придется вносить меньше удобрений, экономя деньги и сокращая выбросы».

Повышение эффективности использования азота в сельскохозяйственных культурах и сокращение азотного следа сельского хозяйства в настоящее время является большой проблемой во всем мире, особенно для таких стран, как Китай.

Чтобы добиться этого беспрецедентного исследовательского успеха, команда создала основной набор из 119 местных сортов, которые представляли широту генетических вариаций в коллекции Уоткинса. Затем этот разнообразный набор был скрещен и обратно скрещен с современной пшеницей, чтобы создать коллекцию из 12 000 линий пшеницы, которые сейчас хранятся в Отделе ресурсов зародышевой плазмы Центра Джона Иннеса.

Это означает, что впервые за 100 лет эти утраченные качества были включены в современную пшеницу, а данные и инструменты уже используются для улучшения урожая.

Это исследование создает основу для предварительной селекции полногеномного дизайна пшеницы путем соединения геномики с феномикой и селекционной практикой. «Мы внедрили стратегию предварительного разведения, чтобы расшифровать, обнаружить, спроектировать и добиться прогресса в селекции», — говорит доктор Гриффитс.

«Действительно, революция в области геномики ведет к генетической революции и революции в селекции», — говорит Ченг.

Это исследование действительно было совместным долгосрочным проектом и не могло быть завершено без международного сотрудничества.

В сотрудничестве с британскими коммерческими селекционерами растений команда создала свободно доступный инструментарий для селекционера — набор онлайн-ресурсов с открытым исходным кодом, доступных для использования по всему миру. Инструментарий предоставляет интегрированный набор инструментов для исследовательских и селекционных сообществ, позволяя другим получить доступ и использовать новое, полезное разнообразие для создания устойчивой и устойчивой пшеницы сейчас и в будущем.

Зародышевые плазмы, ресурсы и наборы инструментов, разработанные в этом исследовании, все еще находятся на стадии дальнейшего изучения на различных экспериментальных станциях в Китае. Ожидается, что эти усилия внесут значительный вклад в генетическое улучшение и селекцию пшеницы в Китае.

agroxxi.ru

Прогноз биржевых цен на 18 июня 2024