Ученые из Соединенных Штатов, Соединенного Королевства и Германии недавно завершили первый анализ генома хлебной пшеницы, одного из «больших трех» глобальных культур, на которые человечество зависит от питания.
Эта работа является крупным прорывом в понимании исключительно большого и сложного генома, и он закладывает прочные основы для улучшения пшеницы с помощью методов разведения и генной инженерии, считают исследователи.
«Генерируемые последовательности генов предоставляют новые и очень мощные ресурсы не только для фундаментальных исследований, но и для более быстрого и быстрого удовлетворения будущих поколений пшеницы», – сказал Джон К. Уингфилд, заместитель директора Дирекции Национального научного фонда по Биологические науки.
«Пшеница – это семенная культура, наряду с рисом и кукурузой. Это международные усилия, в которых ученые, поддерживаемые NSF, использовали финансирование и ресурсы со всего мира для поддержки более широкого сообщества исследователей пшеницы », – сказал Уингфилд.
Отделение Интегрирующих Органических Систем НФС через свою Исследовательскую Программу исследований генома растений финансировало исследования в Соединенных Штатах, которые проводились в Лаборатории холодных весенних каньонов в Нью-Йорке и в Калифорнийском университете в Дэвисе. Подробная информация о геномном анализе содержится в журнале Nature на этой неделе.
Исследование включало определение по существу всех 94 000-96 000 генов пшеницы и сопоставление их отношений с другими генами. Продвижение позволит ученым ускорить размножение и выявить новые гены, которые контролируют важные черты, такие как устойчивость к болезням и устойчивость к засухе.
Раньше размер и сложность генома пшеницы были значительными препятствиями для проведения полного анализа. Но исследователи смогли добиться быстрого прогресса, разработав новую стратегию, которая сравнивала бы последовательности пшеницы с известными травяными генами – например, из риса и ячменя.
Затем они сравнили эти известные гены травы с прямыми предками пшеницы, чьи геномы намного проще, чем современные пшеничные злаковые травы. Это выявило высокодинамичный геном.
«Сырые данные о геноме пшеницы похожи на десятки миллиардов писем скремблеров», – сказал Нил Холл, ведущий исследователь Центра исследований генома в Университете Ливерпуля в Соединенном Королевстве. «Вы знаете, какие буквы присутствуют и их количества, но они должны быть собраны на доске в правильной последовательности, прежде чем вы сможете описать свой порядок на гены».
Сравнение генов также выявило геном пшеницы, который подвергся генетической потере в результате одомашнивания.
Археологические и генетические свидетельства указывают на Южно-Каспийский бассейн вблизи Ирана и Азербайджана как источник выращивания хлебной пшеницы около 8 000 лет назад. Его выращивание напрямую связано с быстрым распространением оседлых обществ.
Сегодня пшеница является одной из наиболее широко культивируемых культур в силу ее адаптируемости, высокой урожайности и качества питания и обработки. Но новые болезни и субоптимальные условия выращивания постоянно снижали урожайность, повышали цены и уменьшали запасы.
Кроме того, генетические изменения в существующих, культивируемых сортах пшеницы были полностью использованы селекционерами, что замедлило рост урожая за последние 40 лет.
Исследователи ожидают, что анализ изменит тенденцию.
«Анализ перевел эти генетические данные в доступные инструменты, которые ускорят размножение и обнаружение разновидностей с лучшей устойчивостью к болезням и стрессовой толерантностью», – сказал Клаус Майер из Гельмгольца-центра Мюнхена, который изучает вопросы гигиены окружающей среды в Германии и участвовал в анализ.
Влияние исследования уже было значительным, поскольку авторы предоставили последовательность и анализы непосредственно пользователям в промышленности и научном сообществе, чтобы использовать их, как только анализ генома был сгенерирован в августе 2010 года.
Этот подход обеспечивает доступную для общественности базу данных, чтобы любой заводчик или исследователь во всем мире мог получить доступ к необходимым молекулярным инструментам для рационального создания улучшенных сортов пшеницы, по словам Питера Джека из RAGT Seeds, одного из ведущих поставщиков семян Европы.
«Мы подошли к этому, возможно, к высшей проблеме геномического анализа с последовательностью следующего поколения и рады внести свой вклад в этот первый важный шаг в физической характеристике генома пшеницы», – сказал Ричард Маккомби, профессор генетики в Лаборатории Cold Spring Harbor ,
«Хотя мы и наши сотрудники продолжаем работать над улучшением разрешения наших знаний о геноме пшеницы, эти результаты должны оказать значительное влияние на селекционные усилия и дальнейшие исследования геномов пшеницы и их диких родственников», – сказал Маккомби.
В дополнение к Национальному научному фонду, Департамент сельского хозяйства и сельского хозяйства США и Национальный институт продовольствия и сельского хозяйства – Британский научно-исследовательский совет по биологическим и биотехнологическим наукам и министерство образования и исследований Германии поддержали эту работу.
В дополнение к упомянутым выше учреждениям, Бристольский университет, а также Центр Джон Иннес Норвич и Европейский институт биоинформатики в Соединенном Королевстве сыграли важную роль в результатах исследования.