Создание высокоурожайных сортов пшеницы напоминает поиск иголки в стоге сена: слишком много генов влияет на конечный результат, и каждый год климат вносит свои коррективы. Исследователи Института цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН сделали шаг к тому, чтобы сделать этот процесс предсказуемым. На международной конференции в Новосибирске они представили данные о стабильных участках ДНК, которые помогут селекционерам «видеть» будущий урожай уже на ранних стадиях отбора.
Стабильность вопреки переменам
Продуктивность мягкой пшеницы традиционно считается одним из самых капризных признаков для селекции. Она находится под контролем множества генов, а ее проявление сильно варьируется в зависимости от агротехники и погоды. Именно поэтому результаты, полученные в одном поле, часто не подтверждаются в других климатических зонах.
Команда ИЦиГ СО РАН поставила перед собой амбициозную цель: найти не просто участки ДНК, отвечающие за урожайность, а именно те генетические локусы, которые демонстрируют стабильную работу вне зависимости от внешних условий. Ученые искали «генетические якоря», на которые можно было бы опереться в любой год и в любом регионе.
Для этого исследователи совместили QTL-анализ двух специально выведенных картирующих популяций с полногеномным поиском ассоциаций (GWAS) на обширной коллекции сортов. Ключевым элементом стала финальная независимая проверка на дополнительной выборке почти из 300 сортов различного происхождения. Такая многоуровневая фильтрация позволила отсеять случайные сигналы, оставив только самые надежные варианты. Это позволило найти стабильные локусы. Эти участки генома оказались устойчиво связаны с тремя ключевыми компонентами продуктивности: массой тысячи зерен, числом зерен в колосе и общей массой зерна с колоса.
Практический инструмент для селекционеров
Фундаментальное открытие обрело прикладное воплощение. Для наиболее перспективных локусов специалисты в ИЦиГ СО РАН разработали специальные KASP-маркеры – молекулярные метки, которые можно использовать в реальной селекционной работе. «Мы подтвердили, что как минимум три маркера стабильно ассоциированы с массой тысячи зерен – одним из ключевых признаков продуктивности мягкой пшеницы», – отмечает эксперт, научный сотрудник института, к. б. н. Антонина Киселева.
Эти маркеры особенно ценны тем, что позволяют вести отбор на ранних этапах развития растений, еще до того, как начнутся трудоемкие полевые испытания, добавила она. Это значительно сокращает селекционный цикл и снижает зависимость результатов от погодных сюрпризов. С практической точки зрения, селекционеры получают инструмент для более «прицельного» создания сортов, а не многолетнего перебора вариантов вслепую.
Сила биоинформатики
Ни одно современное генетическое исследование сегодня невозможно без мощной вычислительной базы. В данной работе биоинформатические методы сыграли одну из главных ролей. Ученые обработали гигантские массивы данных, построили генетические карты и сопоставили результаты разных подходов, чтобы найти общие знаменатели.
Роль этих технологий в процессе подчеркнула Антонина Киселева: «Недооценить роль биоинформатики в современной генетике растений невозможно: от фенотипирования до поиска генов-кандидатов мы опираемся на биоинформатические методы».
Кстати
Исследование расширяет картину генетической архитектуры урожайности. Как прикладной инструмент, оно дает в руки специалистов конкретные KASP-маркеры.
Следующим этапом работы станет расширенная проверка этих маркеров на еще более широком наборе сортов в разных эколого-географических точках, а также поиск конкретных генов, которые стоят за обнаруженными стабильными участками ДНК.
Вадим Векслер
Подписывайтесь на АиФ в  MAX
|
