Ученые расшифровали 300 сортов картофеля для получения более высокого урожая

Кредиты: LightFieldStudios/iStock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Картофель является одной из наиболее широко потребляемых продовольственных культур в мире, но он сталкивается со многими угрозами изменения климата, такими как засуха, заморозки и болезни. Как мы можем сделать их более устойчивыми и питательными в будущем? Команда ученых из Университета Макгилла придумала новый способ найти ответ: создать суперпангеном картофеля.

Пангеном — это совокупность всех генетических вариаций внутри вида, тогда как суперпангеном включает в себя несколько родственных видов. Исследователи создали самый обширный суперпангеном картофеля за всю историю, охватывающий 60 видов картофеля и его диких родственников. Они использовали суперкомпьютеры для анализа данных из общедоступных баз данных, включая банки генов в Канаде, США и Перу.

Суперпангеном картофеля демонстрирует богатое генетическое разнообразие этой культуры, которая была впервые одомашнена коренными народами в горах южного Перу около 10 000 лет назад. Это также помогает идентифицировать гены, которые отвечают за важные характеристики, такие как устойчивость к болезням, устойчивость к экстремальным погодным условиям и повышенное качество питания.

Исследователи надеются, что их суперпангеном станет ценным ресурсом для улучшения урожая картофеля с использованием традиционных методов селекции или редактирования генов. Они стремятся разработать супер-окучник, который сможет справиться с проблемами изменения климата и обеспечить продовольственную безопасность миллионам людей во всем мире.

Руководитель исследования, профессор Мартина Стрёмвик, объяснила, что их суперпангеном выявил генетическое разнообразие картофеля и потенциал улучшения современного урожая путем селекции некоторых генетических признаков. Она добавила, что виды дикого картофеля могут дать ценную информацию о том, как адаптироваться к изменению климата и экстремальным погодным условиям, а также повысить качество питания и продовольственную безопасность.

Исследование является частью более крупного проекта под названием «Ресурсы генома картофеля», целью которого является предоставление геномных инструментов и данных для исследований и селекции картофеля. Проект финансируется Genome Canada, Genome Quebec, Agriculture and Agri-Food Canada и многими другими организациями.

Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Картофель (Solanum sp., семейство Пасленовые) является наиболее важной незерновой пищевой культурой во всем мире. У него более 100 диких родственников в секции Solanum Petota, где представлены виды как с половым, так и с бесполым размножением и различными уровнями плоидности. Был построен пангеном секции Petota Solanum, состоящий из 296 образцов, включая диплоиды и полиплоиды, сравниваемые по вариации присутствия/отсутствия (PAV). Ядро Петоты (гены, общие как минимум у 97% образцов) и геномы оболочки (общие от 3 до 97%), обогащены основными молекулярными и клеточными функциями, в то время как облачный геном (гены присутствуют менее чем у 3% образцов) образцы) показали обогащение мобильными элементами (TE). Было проведено сравнение PAV у одомашненных и диких образцов, и на основе PAV было построено филогенетическое дерево, группирующее образцы в разные клады, аналогично предыдущим филогениям, полученным с использованием ДНК-маркеров. Подход к кладовому пангеному выявил абиотический стрессовый ответ среди основных генов в кладе 1+2 и кладе 3, а также цветение/клубнеобразование среди основных генов в кладе 4. Содержание TE различалось между кладами, при этом клада 1+2 состоит из видов из Северной и Центральной Америки с репродуктивной изоляцией от видов других клад, имеющих значительно более низкое содержание TE по сравнению с другими кладами. Напротив, образцы с историей размножения in vitro были идентифицированы и имели высокие уровни TE. Результаты указывают на роль TE в адаптации к новой среде обитания, как естественной, так и искусственной, для секции Solanum Petota.