Пангеном овса раскрывает секреты создания более качественных сортов

от

Овёс переживает настоящий момент популярности. Как зерновая культура с высоким содержанием питательных веществ и доказанной пользой для здоровья, продукты на основе овса становятся всё более популярными альтернативой молочным и пшеничным изделиям. Они содержат соединения, которые помогают снизить уровень холестерина и уменьшить риск метаболических заболеваний, а также реже вызывают аллергии. Благодаря улучшению селекции сельскохозяйственных культур будущие сорта овса могут стать ещё более питательными, продуктивными и устойчивыми.

Но в течение многих лет селекционеры овса не могли понять, почему прогресс в улучшении урожайности и качества был медленнее, чем у других основных культур. Оказывается, исключительно большой и сложный геном овса был основным фактором, ограничивающим этот прогресс.

Профессора биологии и изучения дикой природы Университета Бригама Янга Рик Джеллен и Джефф Мауган вместе с международным консорциумом исследователей сделали важный шаг к разгадке этой сложности. Их новое исследование, опубликованное в журналах Nature и Nature Communications, открывает новую эру в генетике и селекции овса. В исследованиях описан полный спектр генетического разнообразия на широкой панели сортов овса, показано, как экспрессируются конкретные гены, как они влияют на ключевые признаки и как хромосомные перестройки влияют на наследственность и адаптацию.

«Секвенирование первого генома овса [в 2022 году] дало нам книгу», — сказал Мауган, эксперт в области секвенирования генов. «Секвенирование множества геномов овса позволило нам увидеть, как история меняется от одного сорта к другому».

Для исследования, опубликованного в Nature, учёные разработали пангеном — комплексную карту генетического разнообразия, обнаруженного у современных сортов овса. Эта справочная информация включает 33 дикие и одомашненные линии овса и выявляет гены, которые являются общими для всех сортов, а также уникальные для отдельных типов. Пангенома имеет важное значение, поскольку она раскрывает полный спектр генов, присутствующих у разных сортов овса.

«Изучая только один сорт, мы упускаем большую часть генетического разнообразия, которое может быть ценным для улучшения овса в будущем», — сказал Мауган.

Опираясь на пангеном, команда также создала панскриптом — атлас экспрессии генов, который показывает, какие гены активны в различных тканях растений (таких как листья, корни и семена) на разных стадиях развития.

Используя Центр секвенирования ДНК Университета Бригама Янга, исследователи изучили активность генов в шести типах тканей и на разных стадиях развития у 23 линий овса. Они также исследовали крупномасштабные структурные вариации в геноме овса, включая хромосомные инверсии (сегменты, перевёрнутые в ориентации) и транслокации (сегменты, перемещённые в новые места).

«Геном овса относительно динамичен с точки зрения того, как хромосомы ломаются и перестраиваются», — сказал Джеллен, эксперт по хромосомной структуре и наследственности. «Мы подтвердили, что эти хромосомные перестройки частично ответственны за отсутствие прогресса в селекции овса».

В сопутствующей статье, опубликованной в Nature Communications, международная группа проанализировала примерно 9000 образцов овса со всего мира, чтобы изучить структуру популяций и геномные регионы, связанные с местной адаптацией. Примечательно, что некоторые из тех же хромосомных перестроек, идентифицированных в исследовании, опубликованном в Nature, также были связаны с адаптацией к окружающей среде, что подтверждает их адаптивное и селекционное значение.

Мауган подчеркнул важную роль Центра секвенирования ДНК Университета Бригама Янга и силу глобального сотрудничества в достижении этих результатов.

«Для меня самой захватывающей частью этого проекта было сотрудничество и возможность работать с некоторыми из ведущих мировых генетиков сельскохозяйственных культур», — сказал Мауган. «Это не просто эксперты по овсу — они одни из лучших в своих областях».

Благодаря новым генетическим справочным панелям, данным об экспрессии генов и подробным хромосомным картам, исследователи и селекционеры растений смогут более точно отбирать желаемые признаки. Например, бета-глюкан — соединение, известное своим влиянием на здоровье сердца, — может быть приоритетным, в то время как такие признаки, как высота растения, время цветения и устойчивость к засухе, могут быть оптимизированы для улучшения адаптации и продуктивности в конкретных условиях.

«На мой взгляд, это одни из самых важных статей, когда-либо опубликованных об овсе», — сказал Джеллен. «Они проясняют ключевые вопросы об эволюции и одомашнивании овса и окажут большое влияние на будущее селекции овса. У исследователей в области агрономии и генетики сельскохозяйственных культур теперь есть огромный ресурс для работы».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте