Исследователи обнаружили генетический участок, отвечающий за наличие у ежевики особого вида самозащиты – колючек, которые обычно называют шипами, и благодаря этому открытию селекционеры смогут создавать бесшипные сорта быстрее.
Ежевика (подрод Rubus Rubus) - это специализированная культура с растущей долей рынка свежих ягод.
Рост спроса и растущие издержки производства привели к необходимости в сортах, которые можно адаптировать ко многим средам и подходам к культурному управлению. Колючки являются обузой в системах производства ежевики, поскольку они представляют собой проблему безопасности уборки, могут вызывать механические повреждения плодов и сокращать срок хранения.
Общей целью программ по разведению ежевики для свежего рынка является выпуск сортов, у которых отсутствуют «шипы» или, точнее, колючки, образованные корковыми и эпидермальными клетками.
Теперь группа исследователей определила генетическое местоположение, стоящее за ними, проложив путь для селекционеров растений к ускорению разработки сортов без шипов. Работа опубликована в журнале G3: Genes, Genomes, Genetics.
Руководила проектом Маргарет Уортингтон, доцент кафедры селекции плодовых культур и генетики Арканзасской сельскохозяйственной экспериментальной станции, исследовательского подразделения Системного отделения сельского хозяйства Университета Арканзаса и Колледжа сельского хозяйства, пищевых продуктов и наук о жизни имени Дейла Бамперса при Университете Арканзаса.
Уортингтон заявила, что у селекционеров ежевики нет необходимой генетической информации, чтобы определить, почему у некоторых растений отсутствуют так называемые колючки, но обычно их называют шипами.
Все сорта ежевики, чьи свежие ягоды продаются на рынке, являются тетраплоидами, то есть имеют четыре копии каждой хромосомы, в отличие от двух копий у человека. Большее количество копий затрудняет генетический анализ. Никто не знал генетического локуса или местоположения гена на хромосоме для колючего признака, что делало его «очевидной целью для работы» в глазах Уортингтон, которая работает с ежевикой с 2016 года. Теперь исследователь сообщает, что найдет «первый диагностический маркер для любого признака, который был разработан и опубликован в ежевике».
Эллен Томпсон, соавтор исследования и директор по селекции и развитию гавайской малины в компании Hortifrut Genetics, также подчеркнула значимость проделанной работы.
«Это первые в мире общедоступные маркеры, разработанные для ежевики. Маркеры экономят время и деньги, позволяя селекционерам быстрее принимать решения — до того, как саженцы будут высажены в поле. Хотя программа селекции ежевики Hortifrut Genetics уже на 100% лишена шипов, чего пытаются достичь многие другие компании, использование этих маркеров для высокопроизводительного скрининга саженцев позволяет нам включать разнообразные и нетрадиционные черты колючей зародышевой плазмы, быстрее изучать коэффициенты сегрегации и выявлять соответствующие желаемые фенотипы без шипов на очень ранней стадии», - сказала она.
Уортингтон выразила надежду, что будущие исследования выйдут за рамки идентификации локуса и позволят точно определить ген, ответственный за этот колючий признак.
Исследовательская группа использовала исследование ассоциаций по всему геному, чтобы определить локус, отвечающий за признак отсутствия шипов. Геном относится к полному набору генетической информации растения ежевики.
Исследователи собрали ДНК из 374 сортов ежевики, некоторые из которых имели признак наличия шипов, а некоторые — нет. Эти образцы ДНК затем анализировались с помощью генотипирования, высокоточного процесса, который включает сканирование и идентификацию вариаций в генетическом коде, которые могут влиять на признак колючести. Если эти вариации, известные как однонуклеотидные полиморфизмы, значительно связаны с признаком, это говорит о том, что ген в этой области может влиять на признак.
Эти однонуклеотидные полиморфизмы, также называемые маркерами, указывают на область, связанную с рассматриваемым признаком.
Уортингтон сообщила, что использование генетических маркеров в последнее время стало применяться для ежевики и малины, но этот тип разработки более продвинут, когда речь идет о таких пропашных культурах, как рис и соя.
«Генетические маркеры очень широко используются в пропашных культурах для отбора по таким параметрам, как устойчивость к болезням, дата срезки или цветения, а также по другим интересующим признакам», - сказала она.
Еще одним ключевым выводом исследования стало отсутствие генетической изменчивости вокруг хромосомы Ra04, что приводит к «блоку неравновесного сцепления» или региону, где генетические маркеры с большей вероятностью наследуются вместе, а не случайно.
Для гена отсутствия шипов, включенного в этот блок, это означает, что он часто передается от родительского растения к дочернему растению со многими другими генами, включая нежелательные признаки, такие как высокая кислотность, отсутствие устойчивости к холоду и стелющиеся, а не вертикальные побеги.
Уортингтон объяснила, что при отборе растений без шипов эти отрицательные черты были внесены, а вариация вокруг локуса была утеряна. Она сказала, что проведение скрещиваний с колючими растениями может помочь вернуть вариацию.
Ведущий автор исследования Кармен А. Джонс - помощник селекционера фруктов, работающая в лаборатории Уортингтон; этот проект стал ее магистерской диссертацией.
Уортингтон подчеркнула, что участники проекта «Инструменты для геномной селекции полиплоидов: разработка общественного ресурса» в рамках Инициативы по исследованию специализированных культур помогли разработать инструменты биоинформатики и генетического анализа, сделавшие этот проект возможным.
Соавторы Александр Сильва и Томас Чизк принимали особое участие в биоинформатической работе, лежащей в основе исследования.
Исследователь Хадсон Ашрафи сказал, что обнаружение в ходе исследования локуса отсутствия шипов позволяет селекционерам избежать «годового ожидания фенотипирования зрелых побегов, что сокращает продолжительность цикла размножения и повышает эффективность отбора ежевики без шипов». Процесс фенотипирования включает измерение наблюдаемых признаков растения и последующий отбор организмов с желаемым признаком для будущей селекции.
Источник: University of Arkansas. Автор: Мэдди Джонсон.
Точное определение учеными генетического локуса колючего признака ежевики является шагом к более эффективному отбору на отсутствие колючек. Автор фото: Эллен Томпсон, директор по глобальному разведению и развитию Rubus в Hortifrut Genetics.