Ученые смогли расшифровать генетический код старинных сортов картофеля и использовали полученные данные для создания инновационного способа анализа геномов сотен других разновидностей этого корнеплода.
Картофель – важнейший источник питания для более чем миллиарда трехсот миллионов человек по всему миру. Однако, несмотря на его значимость для продовольственной безопасности планеты, прогресс в улучшении характеристик картофеля был незначительным. Многие популярные сорта были выведены десятилетия назад. Причина этого ограниченного успеха кроется в сложности генетического строения картофеля: каждая клетка содержит не две, а четыре копии генома. Это создает трудности для традиционных методов селекции, основанных на скрещивании.
Группа исследователей под руководством профессора Корбиниана Шнеебергера, возглавляющего исследовательскую группу по изучению пластичности генома и вычислительной генетике в Мюнхенском университете (LMU) и Институте исследований селекции растений имени Макса Планка, добилась важного научного прорыва. Как сообщается в журнале Nature, им удалось восстановить полный набор генов десяти исторических сортов картофеля. Затем эти знания были применены для разработки методики, которая значительно упростит и ускорит процесс расшифровки других геномов картофеля.
В сотрудничестве с коллегами из Университета Вагенингена, Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур имени Лейбница (IPK) в Грос-Люзевице и Сианьского университета Цзяотун в Китае, команда выбрала старинные сорта картофеля, некоторые из которых культивировались еще в 18 веке. «Поскольку эти образцы появились в период начала европейских селекционных программ, мы хотели оценить степень их генетического разнообразия, чтобы понять потенциал нашего картофеля», – поясняет Шнеебергер. Оказалось, что это разнообразие невелико. Генетический фонд картофеля крайне ограничен: десять сортов охватывают около 85 процентов всей генетической изменчивости современного европейского картофеля.
Исследователи проводят параллели с эффектом "бутылочного горлышка". Картофель был завезен из Южной Америки начиная с XVI века, и количество различных особей было небольшим. Большинство из них не могли адаптироваться к условиям европейского климата. Этот ограниченный генофонд впоследствии еще больше сократился из-за болезней. Наиболее ярким примером является эпидемия фитофторы картофеля в 1840-х годах, которая привела к гибели урожая и катастрофическому голоду, особенно в Ирландии, но также и в других странах Европы.
В то же время исследование выявило – к удивлению ученых – что различия между отдельными копиями хромосом могут быть весьма существенными. «Поскольку генетический фонд так мал, разнообразие хромосом ограничено, но когда они различаются, эти различия проявляются в масштабах, не наблюдаемых ранее у окультуренных растений», – объясняет Шнеебергер. «Эти расхождения примерно в двадцать раз больше, чем у людей». Предполагается, что такие различия возникли до того, как картофель попал в Европу. Коренные народы Южной Америки начали приручать картофель около 10 тысяч лет назад, и эти различия, вероятно, являются результатом скрещивания между различными дикими видами.
В заключение, исследователи разработали новый подход, который позволит анализировать геномы примерно двух тысяч сортов картофеля, зарегистрированных в Европейском Союзе. Вместо трудоемкого процесса получения данных для реконструкции генома, теперь достаточно сравнивать легкодоступные данные с уже известными геномами, чтобы определить, какие хромосомы присутствуют в конкретном сорте. Исследователи продемонстрировали эффективность своей методики на примере сорта Russet Burbank, который существует с 1908 года и до сих пор является стандартом для картофеля фри. «Знание последовательности генома – это основа многих подходов в селекции растений, от традиционных методов до новейших технологий генной инженерии», – подчеркивает Шнеебергер. «В будущем нам больше не придется работать с недостатком этой информации».
Изображение: freepik
