Картофель является основным продуктом питания для более чем 1,3 миллиарда человек. Но, несмотря на его важность для глобальной продовольственной безопасности, успехи в селекции были скромными. Некоторые из самых популярных сортов картофеля были выведены много десятилетий назад. Причиной ограниченного успеха является сложный геном картофеля: в каждой клетке содержится четыре копии генома вместо двух. Это бросает вызов традиционной селекции на основе гибридизации.
Команда под руководством профессора Корбиниана Шнеебергера, руководителя исследовательской группы по пластичности генома и вычислительной генетике в Мюнхенском университете имени Людвига-Максимилиана (LMU) и Институте исследований селекции растений Макса Планка, совершила важный прорыв.
Как сообщают исследователи в статье, опубликованной в Nature, им удалось реконструировать геном десяти исторических сортов картофеля. Затем они использовали эти знания для разработки метода, который значительно упростил и ускорил бы дальнейшую реконструкцию геномов картофеля.
В сотрудничестве с исследователями из Университета Вагенингена, Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур имени Лейбница (IPK) в Грос-Люзевице и Сианьского университета Цзяотун в Китае команда отобрала исторические сорта, некоторые из которых уже выращивались в XVIII веке.
«Поскольку этот картофель появился в то время, когда европейские селекционные программы только начинались, мы хотели выяснить, насколько разнообразен этот картофель, чтобы понять генетический потенциал нашего картофеля», - говорит Шнеебергер.
Ответ был: не очень много. Генетический пул картофеля крайне ограничен. Десять сортов картофеля охватывают около 85% генетической изменчивости всего современного европейского картофеля.
В то же время исследование показало - к удивлению исследователей - что различия между отдельными копиями хромосом могут быть огромными. «Поскольку генофонд настолько ограничен, различных хромосом не так много, но когда хромосомы различаются, они расходятся в такой степени, которая никогда ранее не наблюдалась у одомашненных растений. Различия примерно в двадцать раз больше, чем у людей», - объясняет Шнеебергер.
Эти различия, предположительно, возникли до появления картофеля в Европе. Коренные народы Южной Америки начали одомашнивать картофель около 10 000 лет назад, и эти различия, скорее всего, являются результатом скрещивания диких видов.
Далее, когда картофель начали завозить в Европу, произошел эффект бутылочного горлышка, считают ученые. Картофель импортировался из Южной Америки с XVI века. Количество различных особей было низким, и большинство из них не могли справиться с европейскими условиями. Этот сокращенный генофонд затем еще больше уменьшился из-за болезней. Самым известным примером является вспышка фитофтороза картофеля в 1840-х годах, которая привела к краху урожаев и катастрофическому голоду, особенно в Ирландии, но также и в остальной Европе.
Ученые разработали новый подход, который можно использовать для анализа геномов около 2000 сортов картофеля, зарегистрированных в Европейском союзе. Вместо кропотливого создания данных, необходимых для реконструкции генома, легко генерируемые данные сравниваются с известными в настоящее время геномами, чтобы определить, какие из известных хромосом присутствуют в сорте. Исследователи показали, что их подход работает с сортом Рассет Бурбанк, который существует с 1908 года и до сих пор является стандартным сортом для картофеля фри.
«Знание геномных последовательностей составляет основу многих подходов в селекции растений, от традиционной селекции до новейших методов генной инженерии. В будущем нам больше не придется работать без этой информации», - заключил Шнеебергер.
Источник: Ludwig Maximilian University of Munich.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.