Секвенирование генов выявляет различия между дикими и одомашненными сельскохозяйственными культурами

от

С изменением климата и участившимися экстремальными погодными явлениями исследователи прогнозируют, что к концу века мировые урожаи таких важных культур, как кукуруза, рис и соевые бобы, могут сократиться на 12–20%. Чтобы подготовиться к этому, учёные-растениеводы надеются найти способы повысить урожайность и вырастить более устойчивые сорта этих культур.

Новые открытия в генетическом составе диких сортов распространённых культур показывают, как одомашнивание изменило их характеристики с течением времени, и предлагают новый метод культивирования для улучшения генетического разнообразия.

Исследование было опубликовано в журнале Life.

«Хотя одомашненные виды изначально были выведены путём культивирования диких видов, это привело к снижению генетического разнообразия, что может повредить всем особям, подвергая их болезням и экологическим стрессам», — сказал Хидемаса Боно, профессор Высшей школы интегрированных наук для жизни при Университете Хиросимы в Хиросиме, Япония.

Для решения этой проблемы учёные поставили перед собой задачу выявить различия в характеристиках сельскохозяйственных культур между дикими родственниками и одомашненными видами и внести свой вклад в отбор новых генов-кандидатов для селекции.

Введение полезных признаков, особенно тех, которые обнаружены у диких родственников, может дать ключ к созданию новых полезных сортов.

Исследователи использовали данные секвенирования РНК из общедоступных баз данных, включая Национальный центр биотехнологической информации Gene Expression Omnibus и опубликованные онлайн исследования. Они сосредоточились на культурах, у которых были широко доступны данные о секвенировании РНК: томатах, рисе и соевых бобах.

Данные о экспрессии генов диких сортов затем сравнивались с данными о культивируемых сортах. Чтобы оценить данные, исследователи классифицировали все гены на три группы: активированные (upregulated), неизменённые и подавленные (downregulated).

Понимая сравнение экспрессии генов между дикими и культивируемыми сортами, исследователи смогли понять различия в том, как растения реагируют на стрессовые факторы.

«Дикие родственники обладают высокой толерантностью к экологическому стрессу и потенциалом реагировать на изменение климата и серьёзные изменения в природной среде, что стало проблемой в последние годы», — сказал Боно.

Исследователи обнаружили 18 генов, которые были активированы у диких родственников, и 36 генов, которые были активированы у одомашненных видов. У диких видов были обнаружены гены, связанные с реакцией на экологический стресс, в то время как у одомашненных видов было больше генов, связанных с гормональной регуляцией и экспортом химических соединений, а также детоксикацией.

Например, ген под названием HKT1 влияет на реакцию растений на солевой стресс, и было обнаружено, что его активация повышена у диких сортов.

Это может стать возможностью для разработки культур, которые могут расти в более солёной почве. Исследователи также обнаружили гены, которые были активированы у диких сортов и помогали справляться со стрессом от засухи (RD22), водным стрессом (HB-12), развитием листьев и стимуляцией фотосинтеза (HB-7), а также реакцией на осмотический стресс и передачей сигналов при ранении (MYB102).

У одомашненных растений исследователи также обнаружили полезные гены, которые были активированы по сравнению с дикими сортами. Несколько генов помогают детоксикации растений и удалению химических веществ, обнаруженных в почве.

Один ген (ALF5) улучшает устойчивость растений к тетраметиламмонию, а другой (DTX1) управляет кадмием и токсичными соединениями. Эти гены и другие могут помочь растениям расти в почве, загрязнённой химическими веществами. Исследователи подозревают, что это могло стать полезным для растений из-за увеличения использования пестицидов и химических удобрений.

«Три диких вида, использованные в этом анализе — рис, томат и соя — имели общие высокие уровни экспрессии генов, которые способствуют стрессоустойчивости, таких как засуха, осмотическое давление и стресс от ранений. Высокие уровни экспрессии генов, способствующих стрессоустойчивости, которые есть у этих трёх менее близкородственных видов, позволяют предположить, что дикие виды других видов также могут иметь полезные признаки», — сказал Боно.

В будущем исследователи надеются узнать ещё больше об этих существенных различиях между дикими родственниками и одомашненными видами для улучшения селекции.

«Кроме того, мы хотели бы собрать и повторно проанализировать данные, используемые в исследованиях по селекции сельскохозяйственных культур, чтобы создать базу данных, которая будет способствовать продвижению цифрового разведения сельскохозяйственных культур», — сказал Боно.

Предоставлено Университетом Хиросимы.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте