Пальчатое просо обладает двумя важными свойствами: Зерно богато важными минералами и устойчиво к засухе и жаре. Благодаря новой комбинации самых современных технологий исследователи из Цюрихского университета впервые смогли расшифровать большой и чрезвычайно сложный геном пальчатого проса в высоком качестве. Это представляет собой фундаментальную основу для повышения продовольственной безопасности в таких странах, как Индия и некоторые части Африки.
Для многих бедных фермеров в Индии и Африке пальчатое просо является основным продуктом питания. Виды сельскохозяйственных культур являются не только богатым источником минералов, таких как кальций, железо, магний и цинк, но и содержат много витаминов и незаменимых аминокислот. Растение также характеризуется устойчивостью к засухе и жаре. Поскольку он очень полезен для здоровья и не содержит глютена, он находит все более широкое применение в качестве пищи и в промышленно развитых странах. Несмотря на свою важность, пальчатому просу до сих пор уделялось очень мало научного внимания.
Большой и сложный геном из-за слияния двух видов растений
Пальчатое просо возникло в результате гибридизации двух разных видов растений. Следовательно, растение является полиплоидным, что означает, что оно имеет четырехкратный набор хромосом и почти в два раза больше генов, чем его исходный вид. Считается, что размер и сложность генома обусловили широкую устойчивость пальчатого проса к окружающей среде, в то же время чрезвычайно затрудняя исследование генома. Впервые международной группе исследователей из Цюрихского университета удалось очень подробно расшифровать сложный геном пальчатого проса. Он включает около 2,6 миллиона пар оснований и более 62 300 генов - например, примерно в два раза больше, чем у риса.
Новая стратегия секвенирования и картирования генома
Хорошие 57 900 генов пальчатого проса - более 90 процентов - встречаются более чем в двух копиях. Поскольку их последовательности ДНК очень похожи, было трудно правильно выделить многочисленные расшифрованные участки ДНК в пределах всего генома. В сотрудничестве с Ральфом Шлапбахом и Сиришей Алури из Центра функциональной геномики Цюрихского университета и ETH Zurich команде, возглавляемой Кентаро Симидзу, профессором кафедры эволюционной биологии и экологических исследований UZH, удалось преодолеть эти трудности. С этой целью ученые объединили сложную стратегию биоинформатики, разработанную Масаоми Хатакеямой, в которой используются самые современные методы секвенирования, с новой технологией, которая может оптически картировать длинные отдельные молекулы ДНК в геноме. «Наша недавно разработанная стратегия поможет секвенировать геном других полиплоидных культурных растений, которые до сих пор не могли быть определены», - говорит Симидзу.
Улучшение снабжения питательными веществами и засухоустойчивость
Над этим проектом работала междисциплинарная группа исследователей из Цюриха и Бангалора, Индия. Работа была поддержана индийско-швейцарским сотрудничеством в области биотехнологии (ISCB), двусторонней программой исследований и разработок, финансируемой правительствами Швейцарии и Индии, а также Японским агентством по науке и технологиям. Цель состоит в том, чтобы улучшить продовольственную безопасность и развить потенциал биотехнологических исследований в Индии. «Новые данные о геноме пальчатого проса открывают многочисленные возможности для современной селекции растений», - подчеркивает Симидзу. «С одной стороны, чтобы помочь людям с дефицитом минералов в Индии и в промышленно развитых странах, а с другой стороны, сделать важные сельскохозяйственные культуры более устойчивыми к засухе и засухе».