Дикие сородичи культурных растений, как известно, являются важнейшим источником генетического разнообразия для улучшения сельхозкультур и представляют собой ценный резерв устойчивости к биотическим и абиотическим стрессорам. Хотя их ценность признана уже несколько десятилетий, технологические препятствия долгое время препятствовали их изучению. Благодаря достижениям в области высокопроизводительных геномных исследований, теперь одни и те же инструменты можно использовать как для сельскохозяйственных культур, так и для их диких родственников.
Международная исследовательская группа под руководством Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур имени Лейбница, IPK, создала пангеном ближайшего дикого родственника ячменя – ячменя луковичного Hordeum bulbosum. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Команда изучала структурную эволюцию генома ячменя (Hordeum vulgare) и ячменя луковичного (Hordeum bulbosum). Для этого исследования доктор Франк Блаттнер собрал генотипы H. bulbosum в природных популяциях по всему Средиземноморью, которые, в сочетании с образцами из генных банков, позволили получить панель из 263 различных генотипов. Эта коллекция включает как диплоидные, так и тетраплоидные цитотипы. После анализа структуры популяций исследовательская группа собрала и аннотировала десять референтных хромосомных геномов луковичных ячменей.
«Тетраплоидные формы имеют два источника происхождения: один в Греции, а другой в Юго-Западной Азии. В Азии они появились уже от одного до двух миллионов лет назад, тогда как в Греции тетраплоиды появились лишь в последние 100 000 лет», - рассказывает Цзя-У Фэн, первый автор исследования.
«Мы обнаружили доказательства того, что оба типа теперь скрещиваются, что дает полиплоидам возможность обогащать свое геномное разнообразие за счет множественного происхождения», - добавляет доктор Блаттнер.
Хотя H. bulbosum является ближайшим диким родственником ячменя, предположительно, с периодом дивергенции 4,5 миллиона лет, этот вид эволюционировал совершенно иначе в генетическом плане. Наиболее очевидным отличием является расширение генома луковичного ячменя.
«Довольно неожиданно мы показали, что это расширение происходило неравномерно по всему геному, а в основном на концах хромосом», - говорит Цзя-У Фэн.
Множественное происхождение тетраплоидных цитотипов. Источник: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09270-x
Распространенным способом переноса генов от диких сородичей к одомашненным растениям является интрогрессивное скрещивание. Эти линии получаются путем скрещивания сельскохозяйственных культур с их дикими сородичами и содержат небольшую долю генов дикого родителя в геномном фоне культурного растения.
На основе референтных геномов исследовательская группа расшифровала структуру локуса устойчивости Ryd4 примерно через 40 лет после его интрогрессии из H. bulbosum в ячмень.
«Это, без сомнения, самая перспективная на сегодняшний день интрогрессия ячменя в дикие культуры и единственная, близкая к внедрению в коммерческие сорта. Она обеспечивает качественную устойчивость к разрушительному вирусу желтой карликовости ячменя, поражающему несколько зерновых культур», - объясняет доктор Мартин Машер, руководитель исследовательской группы по геномике одомашнивания IPK и сотрудник Немецкого центра комплексных исследований биоразнообразия (iDiv) в Галле-Йене-Лейпциге.
«Наличие геномных последовательностей диких сородичей сельскохозяйственных культур будет полезно для более целенаправленной интрогрессивной селекции в будущем», - добавил доктор Машер.
«Систематическая геномная характеристика сельскохозяйственных культур и их диких сородичей - важное фундаментальное исследование, призванное сделать генетические ресурсы растений более доступными для улучшения агротехники. И это движущая сила развития генного банка из хранилища семян в центр биоцифровых ресурсов», - подчеркивает профессор, доктор Нильс Штайн, руководитель Федерального генного банка ex situ сельскохозяйственных и садовых культур в Институте Лейбница IPK.
Источник: Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research.
На фото Hordeum bulbosum в Ботаническом саду Мюнхен-Нимфенбург (Botanischer Garten München-Nymphenburg). Автор фото: Daderot.
