Международный консорциум секвенировал полный геном твердой пшеницы - источника манной крупы для макаронных изделий, основного продукта питания для населения мира, согласно статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Genetics.
Команда также обнаружила, как значительно снизить уровень кадмия в зерне твердых сортов, обеспечив безопасность и питательную ценность зерна путем селекции.
Эта новаторская работа приведет к новым стандартам селекции твердой пшеницы и безопасности продуктов, полученных из нее, проложив путь к производству сортов твердой пшеницы, лучше адаптированных к климатическим условиям, с более высокой урожайностью, улучшенными питательными свойствами, и повышенная устойчивость», - сказал Луиджи Каттивелли из Итальянского совета по сельскохозяйственным исследованиям и экономике (CREA).
Геном твердой пшеницы в четыре раза больше генома человека. Команда впервые собрала полный геном высококачественного сорта Свево.
«Теперь мы можем изучить гены, их порядок и структуру, чтобы составить план, который дает возможность понять, как гены работают и взаимодействуют друг с другом», - сказал селекционер пшеницы Кертис Позняк из Университета Саскачевана (USask). «Благодаря этому плану мы теперь можем быстро определить гены, отвечающие за признаки, которые мы отбираем в наших селекционных программах, такие как урожайность, устойчивость к болезням и питательные свойства».
В исследовании приняли участие более 60 ученых из семи стран. Работу координировал Каттивелли, в ней участвовали соответствующие авторы Позняк из USAsk и Клаус Майер из Helmholtz Zentrum в Мюнхене (Германия), а также исследователи Альдо Чериоти и Лучано Миланези из итальянского национального исследовательского совета CNR и Роберто Тубероза из Университета им. Болонья (Италия).
Теперь мы можем видеть отчетливые сигнатуры ДНК, которые были столь важны для эволюции и селекции твердой пшеницы, что позволяет нам понять, какая комбинация генов определяет конкретную сигнатуру, и поддерживать эти целевые области генома. для улучшения селекции в будущем», - сказал Марко Маккаферри, ведущий автор рукописи.
Твердая пшеница, в основном используемая в качестве сырья для производства макаронных изделий и кускуса, произошла от дикой пшеницы эммер и была признана важной культурой примерно от 1 500 до 2 000 лет назад в Средиземноморье.
Команда сравнила последовательность твердой пшеницы с ее диким родственником и смогла выявить гены, которые люди отбирали на протяжении веков. Ученые обнаружили потерю геномного разнообразия у твердой пшеницы по сравнению с ее родственной дикой пшеницей, и они смогли нанести на карту эти области потери и точно восстановить полезные гены, утраченные в течение столетий селекции.
«В отличие от человека, твердая пшеница является так называемым полиплоидом и содержит два генома. То, как эти геномы взаимодействуют и координируют свою деятельность, является фундаментальным вопросом, который также может повлиять на качество продуктов питания и урожайность», - сказал Майер.
В результате захватывающего генетического открытия команда Позняка из USAsk вместе с учеными Университета Альберты Грегори Тейлором и Нилом Харрисом определила ген в твердой пшенице, ответственный за накопление кадмия, токсичного тяжелого металла, обнаруженного во многих почвах.
Теперь, когда мы идентифицировали этот ген, мы можем эффективно отбирать сорта, которые не накапливают значительное количество кадмия в зерне - уровни значительно ниже стандартов Всемирной организации здравоохранения, что гарантирует, что наши продукты из твердой пшеницы более безопасны с точки зрения питания, - сказал Позняк.
Твердая пшеница в основном выращивается в Канаде, Европе, США и Южной Азии и остается ключевой культурой для небольших ферм в Северной и Восточной Африке, а также на Ближнем Востоке.
Поскольку макаронные изделия являются основным продуктом питания для населения мира, промышленные предприятия требуют больше, более безопасной и высококачественной твердой пшеницы.
«Наличие этой высококачественной последовательности генома твердой пшеницы позволяет нам лучше понять генетику белков глютена и факторы, которые контролируют питательные свойства манной крупы. Это поможет улучшить характеристики качества макаронных изделий», - сказал Чериотти.
Выбор новых сортов твердых сортов с более высоким потенциалом урожайности, а также улучшенными качествами и питательными свойствами имеет решающее значение для нашего будущего благополучия, особенно в условиях изменения климата. Доступность последовательности генома твердых сортов является важным инструментом для достижения этих целей и обеспечивает стратегический мост между биоразнообразием диких предков и мягкой пшеницы», - сказал Tuberosa.
Финансирование предоставлено: CREA; Университет и исследовательские проекты Министерства образования Италии InterOmics и PON-ISCOCEM; Канадский совет по естественным наукам и инженерным исследованиям; Геном Канады и Геном Прерии; Министерство сельского хозяйства Саскачевана и правительство Канады через Фонд развития сельского хозяйства; Фонд исследований западных зерен; Комиссия Саскачевана по пшенице; Комиссия Альберты по пшенице; Ассоциация производителей пшеницы и ячменя Манитобы; Фонд АГЕР; Болонский университет; Двунациональный научный фонд; Израильский научный фонд; У. С. Министерство сельского хозяйства; Федеральное министерство продовольствия и сельского хозяйства Германии; и Министерство образования и исследований Германии.