Открытие генетического разнообразия пшеницы поможет решить проблему продовольственной безопасности

Учёные обнаружили, что разные сорта пшеницы используют свои гены различными способами. Исследование РНК — молекул, которые выполняют инструкции ДНК — позволило впервые составить карту активности генов. Это открытие ускорит международные программы по селекции пшеницы, помогая создать сорта, адаптированные к быстро меняющимся климатическим условиям.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Пшеница — самая широко возделываемая культура в мире, ежегодно её выращивают на площади более 215 миллионов гектаров. Чтобы удовлетворить потребности растущего населения планеты, селекционерам необходимо увеличить производство пшеницы примерно на 60% в течение следующих 40 лет.

Пан-транскриптом пшеницы предлагает мощный инструмент для решения этой задачи. Он позволит ускорить улучшение урожайности и создание более устойчивых сортов, способных лучше справляться с повышением температур, нехваткой воды и бедными почвами. Важно, что этого можно достичь без увеличения зависимости от удобрений, которые связаны с потерей биоразнообразия и загрязнением окружающей среды.

«Мы обнаружили слои скрытого разнообразия в современных вариациях пшеницы. Это разнообразие, вероятно, лежит в основе успеха пшеницы в таком широком диапазоне глобальных условий», — заявила старший научный сотрудник Института Эрлхэма и соавтор исследования доктор Рейчел Рашолм-Пилчер.

«Мы выяснили, как группы генов работают вместе как регуляторные сети для контроля экспрессии генов. Наше исследование позволило нам увидеть, как эти сетевые связи различаются между сортами пшеницы, выявляя новые источники генетического разнообразия, которые могут иметь решающее значение для повышения устойчивости пшеницы», — добавила она.

Эта работа создала важный ресурс для мирового сообщества исследователей пшеницы — наглядный пример того, как национальное и международное сотрудничество вместе с новыми технологиями могут привести к научным прорывам в области глобальной продовольственной безопасности.

«Новый атлас экспрессии позволил нам независимо предсказывать и сравнивать генный состав сортов пшеницы. Мы использовали эти предсказания генов вместе с данными пан-транскриптома для выявления выраженных вариаций в суперсемействе проламинов и иммунореактивных белках среди сортов», — отметил доктор Мануэль Шпаннагл из Центра Гельмгольца в Мюнхене.

Пшеница имеет очень большой и сложный геном. Большая часть неиспользуемого генетического разнообразия может происходить из того, как пшеница адаптировалась к разным условиям окружающей среды с течением времени — процесс, формировавшийся более 100 лет современной селекции и более 10 000 лет культивирования.

Секвенирование изоформ транскриптов и de novo аннотирование были выполнены Группами технической геномики и основной биоинформатики в Институте Эрлхэма.

«Эта работа демонстрирует мощь технологий для раскрытия новой биологии, в данном случае скрытого функционального разнообразия, которое ранее не было документировано. Ресурсы пангеномики пшеницы быстро растут, и ещё предстоит открыть больше разнообразия», — сказал доктор Карим Гарби, руководитель отдела технической геномики Института Эрлхэма.

Пшеница является основным продуктом питания для более чем трети населения мира и обеспечивает около 20% калорий и белка в рационе человека. Современные исследования показывают, что даже незначительное повышение урожайности пшеницы может оказать значительное влияние на глобальную продовольственную безопасность, особенно в регионах, наиболее уязвимых к изменению климата.