Всемирный альянс исследователей разработал новый метод быстрого рекрутирования генов устойчивости к болезням из дикорастущих растений для переноса в домашние культуры. Этот метод обещает произвести революцию в разработке устойчивых к болезням сортов для глобального продовольственного снабжения.
Техника под названием AgRenSeq была разработана учеными из Центра Джона Иннеса в Великобритании в сотрудничестве с коллегами из Австралии и США. Он был опубликован сегодня в журнале Nature Biotechnology.
Результат ускоряет борьбу с патогенами, которые угрожают глобальным продовольственным культурам, включая пшеницу, сою, кукурузу, рис и картофель, которые составляют большую часть зерновых культур в рационе человека.
Профессор Харбанс Бариана из Сиднейского института сельского хозяйства и Школы наук о жизни и окружающей среде является глобальным экспертом в области генетики зерновой ржавчины и соавтором статьи.
Он сказал: «Эта технология будет способствовать быстрому открытию и характеристике новых источников устойчивости растений к болезням».
Нынешнее исследование основано на предыдущей совместной работе профессора Барианы с CSIRO и Центром Джона Иннеса. В качестве контроля использовались два гена пшеницы, клонированные этой международной командой, а профессор Бариана провела оценку фенотипа для исследования.
AgRenSeq позволяет исследователям искать в библиотеке генов устойчивости, обнаруженных у диких родственников современных сельскохозяйственных культур, чтобы они могли быстро идентифицировать последовательности, связанные со способностью бороться с болезнями.
Оттуда исследователи могут использовать лабораторные методы для клонирования генов и введения их в элитные сорта домашних культур, чтобы защитить их от патогенов и вредителей, таких как ржавчина, мучнистая роса и гессенская муха.
Д-р Бранде Вульф, руководитель проекта по генетике сельскохозяйственных культур в Центре Джона Иннеса и ведущий автор исследования, сказал: «Мы нашли способ сканировать геном дикого родственника культурного растения и выделить гены устойчивости, которые нам нужны: и мы можем сделать это в рекордно короткие сроки Раньше это был процесс, который занимал 10 или 15 лет и был похож на поиск иголки в стоге сена.
"Мы усовершенствовали метод, так что мы можем клонировать эти гены в течение нескольких месяцев и всего за тысячи долларов вместо миллионов."
Исследование показывает, что AgRenSeq был успешно опробован на диком родственнике пшеницы - исследователи идентифицировали и клонировали четыре гена устойчивости к губительному патогену стеблевой ржавчины в течение нескольких месяцев. При использовании обычных средств этот процесс легко занял бы целое десятилетие.
Работа с дикорастущей пшеницей используется в качестве доказательства концепции, подготавливая почву для использования метода для защиты многих культур, имеющих диких родственников, включая сою, горох, хлопок, кукурузу, картофель, пшеницу, ячмень, рис, банан и какао.
Современные элитные культуры в поисках более высоких урожаев и других желательных агрономических признаков потеряли много генетического разнообразия, особенно в отношении устойчивости к болезням.
Повторное введение генов устойчивости к болезням от диких родственников является экономически и экологически устойчивым подходом к селекции более устойчивых культур. Однако интрогрессия этих генов в сельскохозяйственные культуры является трудоемким процессом с использованием традиционных методов селекции.
Новый метод сочетает в себе высокопроизводительное секвенирование ДНК с современной биоинформатикой.
«Сейчас у нас есть библиотека генов устойчивости к болезням, и мы разработали алгоритм, который позволяет исследователям быстро сканировать эту библиотеку и находить гены функциональной устойчивости», - сказал доктор Сану Арора, первый автор статьи из Центр Джона Иннеса.
Д-р Вульф сказал: «Это кульминация мечты, результат многолетней работы. Наши результаты показывают, что AgRenSeq является надежным протоколом для быстрого обнаружения генов резистентности из генетически разнообразной панели диких родственных культур, - сказал он.
"Если у нас будет эпидемия, мы можем пойти в нашу библиотеку и привить этот патоген через нашу панель разнообразия и выбрать гены устойчивости. Используя быстрое клонирование и быстрое размножение, мы можем доставить гены устойчивости в элитные сорта за пару лет, словно феникс, восставший из пепла."