Расшифровка картофеля: как исторические геномы могут произвести революцию в селекции будущего

Картофель кормит более 1.3 миллиарда человек по всему миру, однако селекционные улучшения были на удивление ограничены за последнее столетие. Многие из наиболее широко выращиваемых сортов картофеля сегодня, такие как Russet Burbank, датируемые 1908 годом, были разработаны десятилетия назад. Почему прогресс был таким медленным в такой критической культуре?

Ответ кроется в картофеле. сложная генетическая структура. В отличие от многих других культур, возделываемый картофель тетраплоид, то есть каждая ячейка содержит четыре копии каждой хромосомы вместо обычных двух. Это делает традиционное скрещивание медленным, неточным и трудно контролируемым.

Теперь совместная исследовательская группа под руководством Профессор Корбиниан Шнеебергер от LMU Мюнхен и Институт исследований селекции растений имени Макса Планка, в сотрудничестве с Университет Вагенинген, Институт Лейбница (ИПК) и Университет Сиань Цзяотун, достигла значительной научной вехи. Они успешно реконструировали геномы десяти исторических европейских сортов картофеля, некоторые из которых датируются 18 веком. Их выводы были опубликованы в престижном журнале Природа.

Удивительные результаты: узкий генетический пул

Исследование показало, что эти десять сортов уже содержат 85% генетической изменчивости присутствует во всех современных возделываемых сортах картофеля в Европе. Эта удивительная однородность является результатом генетические узкие места. После того, как картофель был завезен из Южной Америки в Европу в XVI веке, только несколько сортов приспособились к европейским условиям. Со временем такие болезни, как фитофтороз (Phytophthora infestans) еще больше сократили генофонд, что привело к таким разрушительным событиям, как Ирландский картофельный голод в 1840-х годах.

Несмотря на это низкое общее разнообразие, исследователи обнаружили, что когда различия между хромосомами действительно возникают, они могут быть огромными—настолько, насколько в 20 раз больше, чем между человеческими хромосомами. Считается, что это глубокое расхождение коренится в доевропейское одомашнивание практики коренных народов Южной Америки, которые начали выращивать и гибридизировать картофель 10,000 лет назад, в том числе с дикими сородичами.

Новый метод анализа тысяч сортов картофеля

Одним из наиболее впечатляющих результатов исследования является новый, эффективный метод геномного анализа. Вместо секвенирования каждого сорта с нуля — дорогостоящего и трудоемкого процесса — исследователи теперь могут сравнивать легкодоступные фрагменты ДНК с десятью реконструированными референтными геномами. Эта методика была успешно протестирована на Russet Burbank, сорт, который до сих пор используется во всем мире для приготовления картофеля фри.

Этот оптимизированный подход может раскрыть идеи из В ЕС зарегистрировано около 2,000 сортов картофеля., ускоряя селекционные проекты и повышая такие показатели устойчивости, как устойчивость к болезням и устойчивость к климатическим условиям.

Согласно Международный центр картофеля (CIP), улучшение селекции картофеля имеет важное значение, поскольку изменение климата усиливается, а глобальный спрос на переработанные продукты продолжает расти. Имея доступ к подробным данным о геноме, селекционеры наконец могут использовать такие инструменты, как выбор с помощью маркера и CRISPR ген редактирования с большей точностью и уверенностью.

Расшифровав геномы исторических сортов картофеля, ученые предоставили преобразующий ресурс для мирового сельского хозяйства. Их выводы не только подчеркивают неиспользованный генетический потенциал картофеля, но и предоставляют эффективный набор инструментов для его раскрытия. Для селекционеров, агрономов и фермеров это сигнализирует о начале новой эры, где инновации встречаются с традициями, и одна из древнейших сельскохозяйственных культур в мире получает мощный потенциал для будущего.