Улучшенная устойчивость к вредителям и засухоустойчивость являются одними из потенциальных преимуществ международных усилий, в ходе которых ученые Службы сельскохозяйственных исследований (ARS) и их сотрудники создали наиболее четкую картину сложной геномной истории культивируемого арахиса.
Ученые предприняли этот большой проект, чтобы лучше понять молекулярные и клеточные механизмы, лежащие в основе роста и развития растения арахиса, а также проявление желаемых признаков, таких как высокая урожайность семян, улучшенное качество масла и устойчивость к дорогостоящим заболеваниям и вредителей, таких как галловая нематода.
Культивируемый арахис, Arachis hypogaea, является важной зернобобовой и масличной культурой, общая площадь производства которой во всем мире составляет около 59 миллионов акров. Помимо масла, семена арахиса содержат белок, витамины и другие питательные вещества. Производство арахиса в Соединенных Штатах, оцениваемое в 2 миллиарда долларов в год, простирается от Вирджинии на юг до Флориды и на запад до Нью-Мексико.
История культивируемого арахиса началась несколько тысяч лет назад в Южной Америке, где геномы двух диких предков, A. duranensis и A. ipaensis, слились в результате редкого генетического события. В результате современный арахис представляет собой сложную геномную смесь, почти такую же большую, как геном человека, который составляет около 3 миллиардов пар оснований ДНК.
Первоначально ученые раздельно секвенировали геномы двух диких предков, используя ДНК, взятую из двух видов, а не из культивируемого арахиса. Это облегчило выявление структурных особенностей геномов и находящихся в них генов. Команда сообщила об этом в выпуске журнала Nature Genetics за 2016 год. Теперь, используя передовое оборудование для секвенирования ДНК, исследователи секвенировали два слитых генома в одном коммерчески выращенном арахисе, а именно «Tifrunner», заполнив пробелы в знаниях, которые были упущены в предыдущих попытках..
Это последнее достижение, о котором сообщалось в майском номере журнала Nature Genetics, уже привело к интересным выводам, включая географическое происхождение A. duranensis, одного из двух «родителей» культивируемого арахиса. Проведенный командой геномный анализ популяций растений, составляющих дикие виды арахиса, указал на регион на севере Аргентины, известный как Рио-Секо. Исследователи предполагают, что древние земледельцы, мигрировавшие туда из Боливии, подвергли растения A. duranensis воздействию другого вида, который они привезли с собой, - A. ipaensis, считающегося другим родителем культивируемого арахиса.
Исследователи также воссоздали это геномное слияние, скрестив два древних вида арахиса и проанализировав результаты семи поколений потомков растений. Это выявило интересную картину замены ДНК и делеций (элиминаций), происходящих в потомках растений, что, вероятно, объясняет различные размеры семян, форму, цвет и другие признаки, наблюдаемые сегодня у коммерческого арахиса. Обмен ДНК необычен тем, что он происходит между двумя «субгеномами» двух диких видов - это возможно из-за их большого сходства.
Эта работа, возглавляемая исследователем из Университета Джорджии Дэвидом Бертиоли, является продолжением «Международной инициативы по изучению генома арахиса», в которой участвуют ученые из четырех лабораторий ARS и других партнерских организаций в США, Аргентине, Бразилии, Китае и Индии..