Селекционеры хлопка столкнулись с «Уловкой-22». Урожайность хлопчатника обратно пропорциональна качеству волокна. Как правило, по мере увеличения выхода качество волокна снижается, и наоборот. «Это одна из самых серьезных проблем для селекционеров хлопка, - говорит Пэн Чи, исследователь из Университета Джорджии.
Чтобы решить проблему соотношения урожайности и качества, Чи и его коллеги обратились к устаревшим сортам или сортам хлопка с «экзотическим» генетическим материалом. В новом исследовании они сообщают о результатах, которые могут помочь селекционерам улучшить качество хлопкового волокна при сохранении или даже повышении урожайности.
Исследование было сосредоточено на генетике гибридных сортов 'Sealand'. Эти сорта были выведены путем скрещивания двух разных видов хлопчатника - Upland и Sea Island. Хлопок с острова Си-Айленд - это тип, обычно также известный как «пима или египетский хлопок» из вида Gossypium barbadense. Его волокна используются в одежде и постельном белье высочайшего качества из-за его длинных, прочных и тонких волокон.
Около 97% хлопка, выращиваемого в Соединенных Штатах, представляет собой хлопчатник высокогорных районов вида Gossypium hirsutum. Хлопок Upland имеет гораздо более высокую урожайность и более широкую адаптацию, но более низкое качество волокна по сравнению с хлопком Pima. «Задача селекции заключается в том, чтобы передать качество волокна Pima в Upland», - говорит Чи.
Поскольку это два разных вида, между Аплендом и Пимой существуют значительные генетические барьеры. Эти различия могут вызвать генетические аномалии во время и после размножения. Начиная с 1930-х и 40-х годов, селекционеры Министерства сельского хозяйства США успешно скрещивали Upland с видами хлопчатника Си-Айленд. Результатом этих селекционных усилий стали сорта хлопка Sealand, которые имеют внешний вид Upland, но с гораздо улучшенным качеством волокна. На самом деле, в некоторых частях США в 1950-х годах на короткое время коммерчески выращивали пару сортов Sealand. «Однако генетические детали сортов Sealand остаются в значительной степени неизвестными», - говорит Чи.
До сих пор. Чи и его коллеги создали генетические «карты» двух сортов Силенда. Они обнаружили, что превосходное качество волокна хлопка из Силенда отчасти было связано с генами, унаследованными от хлопка с Си-Айленда. Длина волокна, например, является одним из аспектов качества хлопкового волокна. Исследователи обнаружили, что два из трех генетических сегментов, контролирующих длину волокна, в одном из сортов Sealand были унаследованы от родителя Sea Island.
«Эти подробные генетические анализы помогают нам лучше понять межвидовую гибридизацию», - говорит Чи. «Теперь, когда мы знаем, какая часть генома контролирует качество волокна, мы можем разработать инструменты для отбора по этим признакам. Мы также можем выбрать желаемые комбинации генов для улучшения нескольких характеристик качества волокна».
Улучшение качества хлопка может иметь последствия для международной торговли. Мировой рынок импорта-экспорта хлопка оценивается более чем в 12 миллиардов долларов. Соединенные Штаты являются крупнейшим экспортером хлопка.
Помимо улучшения качества волокна, сочетание генетики Pima и Upland может иметь и другие преимущества. «Хлопок нагорный был одомашнен от очень небольшой группы диких родственников», - говорит Чи. «Отбор по определенным чертам в далеком прошлом привел к потере других потенциально полезных черт».
Чтобы решить проблему низкого генетического разнообразия, селекционеры обращаются к диким родственникам или «двоюродным братьям», таким как пима. Они ищут полезные гены, влияющие на такие важные признаки, как качество волокна. Они также ищут гены, связанные с другими признаками., в том числе засухоустойчивость и устойчивость к болезням.
Генетические сегменты хлопка пима, положительно влияющие на качество волокна, были помечены молекулярными маркерами. Эти маркеры облегчают селекционерам отслеживание генетических сегментов в поколениях. Селекционеры хлопка теперь могут использовать эти генетические инструменты для направления своих усилий по выведению новых сортов. Например, они могут сосредоточиться на тех участках генома, которые улучшают качество волокна при сохранении или даже повышении урожайности.
Исследователи тестируют небольшое подмножество генетических сегментов пима, которые они обнаружили в ходе исследования, на различных генетических фонах. «Мы хотим подтвердить их желаемые эффекты в более разнообразном наборе сортов», - говорит Чи. «Тогда они будут более полезны в программах селекции хлопка по всему хлопковому поясу».