Однако селекционеры овса уже много лет не понимают, почему прогресс в повышении урожайности и качества идёт медленнее, чем у других основных культур. Оказывается, исключительно большой и сложный геном овса стал одним из основных факторов, сдерживающих этот прогресс.
Профессора ботаники и дикой природы Университета Бригама Янга Рик Джеллен и Джефф Моган совместно с международным консорциумом исследователей сделали важный шаг к пониманию этой сложной структуры. Их новое исследование, опубликованное в журналах Nature и Nature Communications, открывает новую эру в генетике и селекции овса. В исследованиях описывается весь спектр генетического разнообразия среди широкого спектра сортов овса, демонстрируя, как экспрессируются конкретные гены, как они влияют на ключевые признаки и как хромосомные перестройки влияют на наследственность и адаптацию.
«Секвенирование первого генома овса произошло в 2022 году. Секвенирование множества геномов овса позволило нам увидеть, как меняется история от одного сорта к другому», — сказал Моган, специалист по секвенированию генов.
Для исследования, опубликованного в Nature, ученые разработали пангеном – полную карту генетического разнообразия современного овса. Эта карта включает 33 линии дикого и одомашненного овса и выявляет как общие для всех сортов, так и уникальные для отдельных видов гены. Пангеном крайне важен, поскольку он раскрывает полный спектр генов, присутствующих в различных сортах овса.
«Изучая только один сорт, мы упускаем большую часть генетического разнообразия, которое могло бы быть ценным для улучшения овса в будущем», — пояснил Моган.
На основе пангенома группа также создала панскриптом — атлас экспрессии генов, показывающий, какие гены активны в различных тканях растений (таких как листья, корни и семена) на разных стадиях развития.
Используя Центр секвенирования ДНК Университета Бригама Янга, исследователи изучили активность генов в шести типах тканей и на шести стадиях развития 23 линий овса. Они также изучили масштабные структурные вариации генома овса, включая хромосомные инверсии (изменение ориентации сегментов) и транслокации (перемещение сегментов в новые места).
«Геном овса относительно динамичен с точки зрения того, как хромосомы разрываются и перестраиваются. Мы подтвердили, что эти хромосомные перестройки частично ответственны за отсутствие селекционного прогресса у овса», — сказал Джеллен, эксперт по структуре хромосом и наследственности.
В сопутствующей статье журнала Nature Communications международная группа проанализировала около 9000 образцов овса со всего мира, чтобы изучить структуру популяции и геномные регионы, связанные с местной адаптацией. Примечательно, что некоторые из тех же хромосомных перестроек, выявленных в исследовании журнала Nature, также были связаны с адаптацией к окружающей среде, что подтверждает их адаптивное и селекционное значение.
Моган подчеркнул важнейшую роль Центра секвенирования ДНК Университета Бригама Янга и силу глобального сотрудничества в достижении этих результатов.
«Для меня самой захватывающей частью этого проекта было сотрудничество и возможность работать с ведущими мировыми генетиками сельскохозяйственных культур. Они не просто эксперты по овсу — они одни из лучших в своих областях», — сказал Моган.
Благодаря новым генетическим референтным панелям, данным об экспрессии генов и подробным хромосомным картам, исследователи и селекционеры смогут более точно выбирать желаемые признаки. Например, бета-глюкан — соединение, известное своими полезными свойствами для сердца — может стать приоритетным, а такие характеристики, как высота растений, время цветения и устойчивость к засухе, можно оптимизировать для улучшения адаптации и продуктивности в конкретных условиях.
«На мой взгляд, это одни из самых важных статей, когда-либо опубликованных по овсу. Они проясняют ключевые вопросы эволюции и одомашнивания овса и окажут значительное влияние на будущее селекции овса. У исследователей в области агрономии и генетики сельскохозяйственных культур теперь есть огромный ресурс для дальнейшего развития», — заключил Джеллен.
Источник: Brigham Young University. Автор: Шарман Гилл.
На графике - пантранскриптом овса. Источник: Nature (2025), DOI: 10.1038/s41586-025-09676-7
