Сорго - один из древнейших злаков в мире, обладающее множеством свойств, которые могут принести пользу продовольственной безопасности, устойчивости к изменению климата и биоразнообразию. Однако механизмы, лежащие в основе этих свойств, долгое время оставались загадкой для исследователей, что препятствовало эффективному выращиванию. Теперь новая технология и биобанк, разработанные совместно с Копенгагенским университетом, сделали возможными исследования и селекцию в беспрецедентном темпе, проложив путь к эффективной культуре как на глобальном Севере, так и на глобальном Юге.
Сорго богато растительными белками, клетчаткой и минералами, не содержит глютена. Сорго также более эффективно использует азот почвы, что снижает потребность в удобрениях - это приносит пользу как климату, так и биоразнообразию. Более того, сорго может выдерживать как засуху, так и наводнения, список преимуществ обширен.
Действительно, существует множество причин, по которым сорго привлекает все больше внимания как со стороны исследователей, так и представителей промышленности, которые видят в сорго огромный потенциал в будущем, когда климатические изменения сделают засухи и наводнения станут более частыми.
Чтобы помочь селекционерам работать над выведением новых сортов сорго, создана инновационная технология под названием "FIND-IT" - она может эффективно определять новые мутации в определенных генах в больших коллекциях семян, давая надежду на то, что потенциал растения будет раскрыт. Наряду с недавно созданной большой коллекцией семян этой культуры, исследователи, стоящие за проектом, ожидают, что варианты сорго, которые можно будет эффективно выращивать как в северных, так и в южных широтах, могут быть разработаны в рекордно короткие сроки.
Статья, опубликованная в специальном выпуске журнала о растениях Physiologia Plantarum, посвящена новым методам селекции сорго. В ней исследователи представляют каждый из этих двух новых исследовательских ресурсов, разработанных в тесном сотрудничестве между Копенгагенским университетом, Лабораторией Карлсберга и Университетом Квинсленда в Австралии.
Сорго по своей природе устойчиво к генетической трансформации. Даже современные генетические инструменты, такие как CRISPR и ГМО, которые обычно позволяют проводить более точные и быстрые генетические модификации, чем традиционная селекция, имеют ограниченную эффективность в сорго.
Это создает проблему для разработки сельскохозяйственных признаков в растении, поскольку традиционная селекция занимает много времени. Однако упомянутые новые исследовательские ресурсы создают совершенно новую возможность.
«Проект предоставил нам более крупный стог сена - почти в буквальном смысле - в виде полной коллекции растений сорго и их семян, которая представляет собой практически всю генетическую изменчивость сорго. В то же время с помощью «FIND-IT» мы приобрели методику, которая позволяет быстро и эффективно находить иголку в стоге сена - в форме вариантов в определенных генах, которые, как мы подозреваем, имеют решающее значение для признаков растения», - говорит доцент Нанна Бьярнхолт с кафедры наук о растениях и окружающей среде Копенгагенского университета.
Сорго уже является одной из важнейших культур на Глобальном Юге, особенно в Центральной и Южной Африке. В то же время, существует значительный потенциал для выращивания сорго в европейских широтах.
«В Европе мы можем извлечь большую выгоду из высокой питательной ценности сорго и его устойчивости к таким проблемам, как засуха. Благодаря этим новым ресурсам у нас теперь есть возможность разработать эффективные сорта сорго, оптимизированные для европейских условий выращивания и способные давать семена с благоприятным питательным составом и желаемыми свойствами для производства новых продуктов питания на растительной основе. В то же время это создает прочную основу для разработки улучшенных сортов, которые можно будет эффективнее выращивать южнее, например, в странах Африки к югу от Сахары, где потребность в засухоустойчивости и оптимальном использовании растением питательных веществ в почве может стать еще более острой», - говорит профессор Биргер Линдберг Мёллер, также работающий на кафедре наук о растениях и окружающей среде Копенгагенского университета.
У исследователей уже есть несколько зацепок, которые они стремятся изучить, чтобы раскрыть потенциал растения.
«В частности, мы выявили ряд генов-кандидатов в растении, которые, по нашему мнению, могут быть связаны с устойчивостью к засухе, а также с другими важными качествами сорго. Теперь мы можем проверить эти идеи. Аналогичным образом, другие исследователи могут использовать эту работу для своих собственных исследований растения. Есть веские основания для оптимизма, поскольку мы знаем, что сорго обладает огромным потенциалом», - говорит Бьярнхолт.
Исследователи из Копенгагенского университета и Лаборатории Карлсберга предоставили экспертные знания по сорго и выбору правильных вариантов генов из обширной коллекции из 150 000 вариантов семян. Они также послужили связующим звеном с практическими знаниями исследователей из жаркого и сухого штата Квинсленд, Австралия, которые являются экспертами в выращивании растений в стрессовых почвенных условиях.
Новая коллекция семян и методика стали доступны другим исследователям, что открыло путь к исследованию сорго в новом масштабе.
Вместе это представляет важный исследовательский ресурс, поскольку теперь обширная коллекция вариантов может быть быстро проверена на наличие определенных генов, что достигается путем разделения коллекции на более мелкие группы и сужения поиска с помощью тестов ПЦР (широкая общественность знакома с ними из тестирования COVID-19) в каждой группе для определения правильных последовательностей ДНК. Этот метод значительно увеличил количество вариантов, которые можно эффективно изучать в ходе исследования.
«Мы уже наблюдаем большой интерес со стороны исследовательских сообществ по всему миру. Хотя мы изучаем это растение уже много лет, оно остается загадочным. Мы все еще многого не знаем о сорго и о том, почему оно обладает теми или иными свойствами. Тем не менее, во многих местах растет понимание того, что это растение обладает огромным потенциалом», - говорит Бьярнхолт.
Источник: University of Copenhagen. Автор: Кристиан Бьерн-Хансен. Фото из открытых источников.