Создание устойчивых к климату сельскохозяйственных растений: метод картирования выявляет ключевые регуляторные переключатели

от

Естественное генетическое разнообразие в геноме обеспечивает биоразнообразие и стимулирует эволюцию. Однако природные эволюционные процессы требуют тысячелетий, и мы не можем ждать, пока они адаптируют сельскохозяйственные растения к быстро меняющимся климатическим условиям. Для обеспечения глобальной продовольственной безопасности исследователи должны ускорить идентификацию подходящих вариантов ДНК для улучшения характеристик сельскохозяйственных растений в стрессовых условиях.

Группа исследователей под руководством доктора Томаса Хартвига и доктора Юлии Энгельхорн из Института молекулярной физиологии в Институте Генриха Гейне в Дюссельдорфе и MPI-PZH представила новый эффективный метод картирования генетических «переключателей» растений в недавней публикации в журнале Nature Genetics. Эти небольшие участки генома, а не сами гены, определяют, когда, где и в какой степени ген активен. Их можно сравнить с диммером, регулирующим яркость лампы.

Пока исследования в основном были сосредоточены на самих генах, новое исследование демонстрирует, что ключевые различия между растениями — например, в размере или устойчивости к болезням или стрессовым ситуациям — часто определяются не генами, а именно регуляторными переключателями. Традиционно было трудно точно определить местоположение этих участков и определить, какие изменения играют решающую роль. Теперь ситуация меняется благодаря новому масштабируемому методу картирования, разработанному в рамках проекта.

Исследовательская группа проанализировала 25 различных гибридов кукурузы, то есть скрещиваний разных сортов кукурузы, и выявила более 200 000 участков в геноме, где естественные вариации влияют на регуляторные переключатели.

Энгельхорн, ведущий автор исследования, говорит: «Хотя эти регуляторные переключатели составляют менее 1% генома, вариации часто объясняют значительную долю наследуемых различий признаков — иногда превышая половину».

Хартвиг, ответственный автор исследования, комментирует: «Понимание того, как работают эти регуляторные переключатели, предоставляет мощный новый инструмент для повышения устойчивости и урожайности сельскохозяйственных культур — закладывая основу для более разумных методов селекции в будущем».

Исследователи применили свой метод специально к признакам, которые играют роль в засухоустойчивости, идентифицировав более 3500 отдельных регуляторных переключателей и связанных с ними генов, через которые растения реагируют на условия с ограниченным доступом к воде.

Энгельхорн говорит: «Наш подход позволяет напрямую сравнивать различия в вариантах переключателей, унаследованных по материнской и отцовской линиям, в одном эксперименте. Таким образом, мы можем предложить сообществу исследователей кукурузы ресурс, включающий более 3500 регуляторных участков, связанных с засухой, — открывая новые возможности для точной настройки экспрессии генов для повышения устойчивости».

Хартвиг добавляет: «Точность этого картирования позволяет нам узнать, как работают естественные различия в переключателях, что, в свою очередь, позволяет целенаправленно манипулировать переключателями для разработки растений с улучшенными характеристиками».

Это исследование было проведено в сотрудничестве с командой из Калифорнийского университета в Дэвисе, в которую входит доктор Саманта Снодграсс. Соавтор исследования подчёркивает изменение перспективы, сопровождающее подход: «Несмотря на десятилетия успешных исследований, большая часть генома — части вне генов — остаётся чёрным ящиком. Этот новый метод откидывает занавес и позволяет нам определить функцию этих некодирующих участков, предоставляя биологам и селекционерам новые точные цели для новых подходов к исследованиям и разработкам».

Исследование проводилось в рамках кластера передового опыта CEPLAS по растениеводству в Институте Генриха Гейне в Дюссельдорфе и MPI-PZH.

Предоставлено Университетом Генриха Гейне в Дюссельдорфе.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте