Сорго — одна из наиболее устойчивых к изменению климата основных сельскохозяйственных культур в мире, на которую полагаются миллионы людей в регионах с непредсказуемым количеством осадков и ограниченными ресурсами сельского хозяйства. Однако традиционная геномика опирается на единый «референсный» геном, что может упускать из виду существенные различия в ДНК, влияющие на рост, урожайность и реакцию растений на стресс.
Для решения этой проблемы исследовательская группа создала пангеном сорго — коллекцию из 33 геномных последовательностей, объединенных с полногеномным ресеквенированием 1984 сортов и местных разновидностей, — что позволило получить гораздо более широкое представление о генетическом разнообразии этого вида. Команда также создала более полную и точную эталонную карту ДНК сорго, устранив пробелы, которые могут повлиять на картирование генов и выявление признаков. Исследование опубликовано в журнале Nature .
Используя эти новые ресурсы, ученые сделали несколько ключевых открытий: выявили существенные различия в ДНК гена одомашнивания, связанного с осыпанием семян; проследили, как поток генов формировал генетическое разнообразие, наблюдаемое в современных селекционных программах; связали крупномасштабные геномные вариации с различиями в дхуррине, природном защитном соединении, потенциально связанном с устойчивостью к засухе; и продемонстрировали масштабируемый подход, называемый генотипированием на основе k-меров, для выявления сложных вариантов в больших популяциях.
Превращение скрытых вариаций в селекционную силу
«Прогресс в селекции зависит от обнаружения важных вариантов — и от их выявления во всем диапазоне генетического разнообразия сорго. Один эталонный геном не может охватить структурные вариации, которые часто определяют агрономические признаки такой глобально разнообразной культуры, как сорго. Этот пангеном превращает это скрытое разнообразие в нечто, что исследователи и селекционеры могут фактически обнаружить, сравнить и использовать в дальнейшем, — таким образом, открытия быстрее преобразуются в селекционные решения и улучшают полевые показатели», — сказала Надя Шакур, доктор философии, главный исследователь Центра Данфорта и один из ведущих авторов исследования.
Данная работа была выполнена в рамках сотрудничества нескольких международных учреждений, включая ключевой вклад, внесенный в лабораториях Центра Данфорта ныне покойными доктором философии Тоддом Моклером и доктором философии Надей Шакур. В число других авторов из Центра Данфорта входят Эрика Агнью, Иван Бакстер, Натаниэль Эк, Андреа Эвеланд, Бубакар Гано, Мари де Грасия Кокерель и Джоселин Сакстон.
В условиях экстремальных погодных условий и ограниченности ресурсов селекционерам необходимы более быстрые способы выявления генетических вариантов, влияющих на устойчивость сельскохозяйственных культур к жаре, засухе, вредителям и изменяющимся условиям выращивания. Многие из этих вариантов представляют собой масштабные различия в ДНК, которые стандартные подходы упускают при использовании одного эталонного генома. Этот пангеном в сочетании с глобальной панелью ресеквенирования дает исследователям более широкое и практическое представление о генетическом разнообразии сорго, помогая быстрее внедрять перспективные открытия в селекционные программы.
«За каждым набором данных и каждым геномом стоит простая цель: помочь фермерам выращивать продукты питания в более суровом, жарком и непредсказуемом мире. Этот пангеном — более точная карта природного разнообразия сорго, а более точные карты помогают нам быстрее переходить от открытия к выращиванию культур, которые хорошо себя зарекомендовали в реальных условиях, для реальных людей», — сказал Джайлс Олдройд, доктор философии, президент Научно-исследовательского центра растений им. Дональда Данфорта.
Источник: Donald Danforth Plant Science Center.
