Учёные создали геномную модель для улучшения урожая цитрусовых

Автор: Pixabay/CC0 Public Domain

Исследователи разработали новый инструмент, позволяющий изучать метаболические процессы в листьях, стеблях и корнях ключевой цитрусовой культуры — клементина. Главная цель этой работы — повысить урожайность, улучшить вкус и питательную ценность цитрусовых и других сельскохозяйственных культур, даже в условиях ухудшающихся условий выращивания и растущих угроз со стороны вредителей.

Команда учёных из Калифорнийского университета в Сан-Диего сосредоточилась на клементине (Citrus clementina) — гибриде мандарина и сладкого апельсина. Однако в будущем инструмент планируется адаптировать и для других культур.

Стратегия заключается в выявлении новых данных о том, как растения реагируют на такие факторы окружающей среды, как температура, засуха и болезни, с точки зрения метаболической активности в конкретных частях растения или дерева.

Инструмент и комплексная геномная модель для Citrus clementina были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Исследованием руководили специалисты из Калифорнийского университета в Сан-Диего в сотрудничестве с учёными из Калифорнийского университета в Риверсайде и Автономного университета Юкатана.

«Вместе мы создали инструмент, который откроет двери для улучшения селекции и устойчивого земледелия для клементина и широкого спектра цитрусовых и нецитрусовых культур», — заявил профессор Карстен Ценглер, ведущий автор исследования.

Высокодетализированный геномный инструмент разработан как платформенная технология, которую можно расширить для помощи исследователям в улучшении различных сельскохозяйственных культур. Модель, названная iCitrus2616, включает 2 616 генов, 8 653 метаболита и 10 654 реакции.

«Мы создали семь функций биомассы на основе органоспецифичных метаболомических данных для листьев, стеблей, корней и семян и экспериментально подтвердили модель — что является вызовом для растения со средней продолжительностью жизни 50 лет», — пояснил Ценглер. «Эта модель представляет собой одну из крупнейших геномных моделей, когда-либо созданных для любого организма, включая человека».

Среди практических применений модели — улучшение производства крахмала и целлюлозы, что может повысить прочность клеточных стенок цитрусовых растений, помогая им противостоять механическим нагрузкам и засухе. Также инструмент позволяет увеличивать содержание вкусоароматических соединений, таких как флавоноиды.

Кроме того, команда использовала модель для изучения метаболических изменений при «позеленении цитрусовых» — бактериальном заболевании, ежегодно наносящем многомиллионный ущерб сельскому хозяйству. Исследование уже выявило тканеспецифичные метаболические адаптации, включая изменения в распределении энергии и производстве вторичных метаболитов.

Учёные отмечают, что эта работа представляет собой важную веху в моделировании высших организмов, особенно растений.

«Я уверен, что такие модели помогут в селекции сельскохозяйственных культур в ближайшем будущем. С ними мы работаем над тем, чтобы сделать критические усилия по селекции растений более надёжными и быстрыми», — подчеркнул Ценглер.

Дополнительная информация: Zengler, Karsten, Unveiling organ-specific metabolism of Citrus clementina, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2503406122. doi.org/10.1073/pnas.2503406122

Источник: University of California - San Diego