Китайские учёные создали самую полную генетическую карту хлопка для выведения улучшенных сортов

Китайские учёные составили самую полную на сегодняшний день генетическую карту основного хлопкового растения в мире. Этот прорыв не только проливает свет на эволюцию растения, но и выявляет ранее скрытые генетические признаки, которые могут помочь создать более устойчивые и продуктивные сорта хлопка.

Исследование, недавно опубликованное в журнале Nature Genetics, было проведено группой под руководством Ли Фугуана и Ян Чжаоэня из Института исследований хлопка Китайской академии сельскохозяйственных наук.

Оно решает критическую проблему глобального производства хлопка: интенсивное культивирование и селекционная работа резко сузили генетическое разнообразие хлопчатника обыкновенного, который поставляет более 95% мирового натурального волокна. Это делает культуры более уязвимыми к болезням, вредителям и изменению климата, одновременно ограничивая дальнейшее улучшение качества, сообщила исследовательская группа агентству «Синьхуа» в понедельник.

Чтобы найти новый генетический материал для селекции, команда создала так называемый «супер-пангеном» — обширную генетическую библиотеку, составленную из 107 репрезентативных сортов хлопчатника обыкновенного.

Этот мощный инструмент позволил им выявить крупномасштабные структурные вариации в ДНК растения, включая значительные перестройки, обмены и инверсии хромосомных сегментов, которые управляют адаптацией.

Знаковым открытием стало обнаружение специфического крупномасштабного хромосомного обмена. Эта генетическая сигнатура указывает на то, что современный хлопок произошёл от удивительно узкой линии в Центральной Америке, согласно данным исследовательской группы.

Исследование успешно связало эти структурные вариации с ключевыми сельскохозяйственными признаками. Было идентифицировано 69 генетических локусов, связанных с качеством волокна и урожайностью, 62 из которых оказались совершенно новыми открытиями, невидимыми для традиционного генетического анализа.

Исследование также выявило конкретные вариации, контролирующие естественную устойчивость к вредителям и цвет волокна, и обнаружило новый генетический регион, VWD11, который обеспечивает устойчивость к разрушительному заболеванию — вертициллёзному увяданию.

Помимо конкретных генов, исследование реконструирует эволюционный путь культуры. Команда предлагает трёхэтапную модель доместикации: происхождение на полуострове Юкатан в Мексике, распространение в Гватемалу, а затем — по всему миру. Они также продемонстрировали, как историческая естественная гибридизация с другим видом хлопка внесла ценные адаптивные признаки в геном хлопчатника обыкновенного.

Работа получила высокую оценку ведущих сельскохозяйственных учёных Китая. Чэнь Сяоя, академик Китайской академии наук, отметил, что исследование «предоставляет новую перспективу для понимания доместикации хлопка и предлагает решающие генетические маркеры для ускорения биологической селекции, поддерживая как фундаментальные исследования, так и устойчивое развитие хлопковой промышленности».

Чжан Сяньлун, академик Китайской инженерной академии, подчеркнул масштаб и влияние исследования.

«Построив самый большой и разнообразный графический пангеном для хлопчатника обыкновенного, команда прояснила его происхождение и распространение в Америках», — сказал он.

«Они убедительно показывают, что крупномасштабные структурные вариации являются основным двигателем адаптации к окружающей среде и предоставили теоретическую основу и точные инструменты для эффективной молекулярной селекции».

Эта генетическая дорожная карта снабжает селекционеров мощным набором инструментов.

«Это превращает селекцию из широкого поиска в целенаправленный инженерный процесс», — сказал автор-корреспондент Ли.

Результаты особенно важны для Китая, крупнейшего в мире производителя и потребителя хлопка, для повышения устойчивости его сельскохозяйственной базы, что имеет серьёзные последствия для глобальной текстильной безопасности, отметил он.

Интересный факт: Хлопчатник обыкновенный (Gossypium hirsutum), на котором сосредоточено исследование, является основой мировой текстильной промышленности. Несмотря на его доминирование, генетическое разнообразие этого вида за последнее столетие значительно сократилось из-за селекции на высокую урожайность, что сделало его уязвимым. Новые генетические карты, подобные созданной китайскими учёными, позволяют «вернуть» утраченные полезные признаки от диких и старых сортов, не жертвуя продуктивностью, что является ключом к адаптации сельского хозяйства к изменению климата.