Ученые создали самую точную на сегодняшний день навигационную систему для генома мягкой пшеницы, которая позволяет ученым и селекционерам анализировать ее гены легче, чем когда-либо прежде.
Пшеница является одним из самых важных основных злаков в мире, но также и самым сложным. Три субгенома вместе содержат примерно в пять раз больше ДНК, чем геном человека. Почти 80% этого генетического материала повторяется, что еще больше затрудняет секвенирование и анализ.
Теперь, используя передовые технологии секвенирования и вычислительные подходы, ученые из Института Эрлхема вместе с коллегами из Центра Джона Иннеса опубликовали самую полную в мире картину генома пшеницы. Он включает в себя расположение и подробную аннотацию более 100 000 генов пшеницы. Более пятой части (22%) из них полностью отсутствовали в более ранних сборках или были найдены только в виде фрагментов.
«Мы применили новейшие методы секвенирования и биоинформации, которые мы разработали в нашем институте, к огромному и сложному геному пшеницы. Мы смогли добиться наилучших результатов, которые кто-либо видел, включая обнаружение ранее скрытых генов», - говорит старший автор. Мэтью Кларк, руководитель отдела развития технологий Earlham Institute (EI).
Кроме того, все наши методы открыты и доступны для использования любым. Это очень важно, поскольку ДНК пшеницы различается по всему миру, что является ключом к ее успеху в различных условиях. Мы уже начали секвенировать многие сорта британской пшеницы, используя эти методы, и мы надеемся, что другие будут секвенировать геномы пшеницы, важной для их страны», - говорит он.
Результаты, опубликованные в журнале Genome Research, сосредоточены на сорте под названием «Китайская весна» - стандартном сорте для геномных исследований. Геном и аннотация были доступны больше, чем любой другой ресурс на геномном портале Plant Ensembl, где они были доступны в течение более года для использования тысячами исследователей и селекционеров. Проект финансировался Советом по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук, предоставленным EI, Центру Джона Иннеса (JIC), Европейскому институту биоинформатики и Исследовательскому центру Ротамстеда при содействии международных партнеров из PSGB (Мюнхен, Германия) и Университета Западной Австралии.
Улучшенная сборка генома в сочетании с высококачественными данными секвенирования и новыми методами позволили ученым EI более точно идентифицировать гены и области генома с интересными функциями. В предыдущих сборках многие гены отсутствовали или были найдены только в виде фрагментов. Идентифицируя целые последовательности ДНК генов, ученые EI сделали возможным идентифицировать более полные наборы похожих генов, называемые семействами генов, которые важны для урожайности, устойчивости к болезням или других качеств, важных для сельского хозяйства..
Ученые EI уже использовали достижения для изучения британских сортов, и они опубликовали шесть геномов пшеницы на веб-сайте открытых данных EI Grassroots Genomics. Они и ученые из Центра Джона Иннеса и лаборатории Сейнсбери также начали использовать результаты, чтобы составить более точную картину того, где найти гены устойчивости к болезням и гены, важные для вязкоупругих свойств хлеба, которые делают его мягким и пористым..
Более двух миллиардов человек во всем мире полагаются на пшеницу как на основной продукт питания, что делает ее жизненно важной культурой для глобальной продовольственной безопасности. Однако с середины 1990-х годов рост урожайности застопорился. Для выхода из тупика необходима лучшая карта генома пшеницы. Это поможет выявить расположение важных признаков, по которым можно получить элитные сорта.
Ведущий автор Бернардо Клавихо из Earlham Institute говорит: «Ученые во всем мире уже используют эти новые результаты. Но что еще более важно, наши открытые методы обеспечивают новый уровень точности для любой линии пшеницы и многих других сложные геномы. Сборка такого сложного генома всегда была чем-то вроде одноразового произведения искусства. Теперь у нас есть способ сделать это надежно и в соответствии со стандартом, обеспечивающим тщательный анализ."
Мы движемся к сценарию, в котором все больше и больше линий пшеницы будет секвенироваться и сравниваться с использованием этих и подобных методов. Такая детализация каждой линии пшеницы позволит делать новые открытия и ускорять селекцию. Мы уже работаем с селекционной отрасли, а также другим исследователям, чтобы обеспечить более подробный анализ элитных сортов, что напрямую повлияет на программы селекции пшеницы».
Ксения Красилева, соавтор нового исследования, сравнивает создание сборки с навигацией с помощью GPS: «Селекционеры могут знать, что в пшенице есть что-то действительно полезное, например, для защиты урожая от болезней или для улучшения глютен для выпечки хлеба, но без качественной сборки генома это все равно, что проехать сквозь густой туман. Полная сборка генома и аннотирование генов обеспечивают обзор генов пшеницы с помощью спутниковой навигации, чтобы указать путь к полезным генам во всех разновидностях вида.
Руководитель группы EI Дэвид Сварбрек говорит: «Это самая полная аннотация генов пшеницы на сегодняшний день, она представляет собой значительный прогресс, который поможет селекционерам пшеницы и исследователям ускорить дальнейшие улучшения, особенно потому, что результаты находятся в свободном доступе для всех. использовать."
Соавтор Майкл Беван из Центра Джона Иннеса говорит: «Новые ресурсы, которые мы помогли разработать, уже разрушили барьеры и предоставили новые способы изучения пшеницы. Они позволят селекционерам более точно прогнозировать, от каких линий разводить, и напрямую определять наиболее перспективное потомство. Это может сэкономить годы при создании новых сортов».