Пшеница отвечает за половину мировых калорий, потребляемых либо напрямую, либо в качестве корма для животных, и в ближайшие десятилетия нам нужно производить ее намного больше. Теперь в важном документе отмечен шаг вперед в том, как селекционеры могут подходить к селекции пшеницы, используя ранее неиспользованные источники вариации, чтобы увеличить урожайность для удовлетворения спроса.
Недавняя статья «Выяснение генетической основы накопления биомассы и эффективности использования радиации у яровой пшеницы и ее роли в потенциальной урожайности», авторами которой являются д-р Райан Джойнсон из группы Энтони Холла EI и д-р Джемма Молеро из Мэтью. Команда Рейнольдса из CIMMYT представляет собой ценный шаг вперед для исследователей, заинтересованных в повышении потенциальной урожайности пшеницы: важнейшая задача, если мы хотим устойчиво кормить планету.
Исследование, финансируемое через IWYP (Международное партнерство по урожайности пшеницы), проливает свет на роль эффективности использования радиации (RUE, как солнечный свет преобразуется в растительную массу) в повышении потенциала урожайности пшеницы: как мы можем увеличить урожайность биомассы без ущерба для урожайности зерна - серьезная проблема.
Это исследование подчеркивает:
1. Выявление участков генома, влияющих на РУЭ и накопление биомассы у яровой пшеницы
2. Как можно добиться увеличения RUE за счет стратегической интеграции «экзотической» пшеницы в селекционные программы
3. Идентификация общих геномных областей, влияющих на урожайность, биомассу и эффективность использования радиации
4. Обогащение генов, связанных с фотопротекцией, в геномных областях, связанных с RUE на разных стадиях роста
5. Выявление неиспользованных вариаций пшеницы, которые могут быть использованы учеными и селекционерами
Доктор Райан Джойнсон, соавтор статьи, сказал: «Очень приятно использовать свои вычислительные навыки в таком прикладном проекте и видеть, как это исследование включается в важные международные селекционные программы».
Вызов
Благодаря зеленой революции Нормана Борлоуга, возглавляемой CIMMYT, разработка и улучшение карликовых сортов пшеницы привели к резкому увеличению урожайности пшеницы в лучшей половине 21-го века. Тем не менее, этот постоянный рост в последние годы колебался.
Постоянное увеличение урожайности пшеницы является сложной задачей, особенно когда мы должны увеличить ее более чем в два раза, если мы хотим к 2050 году устойчиво кормить 10 миллиардов человек, половина из которых будет полагаться на пшеницу в качестве основного продукта для хлеба, лапши и более. При нынешних темпах мы прогнозируем, что к 2050 году мы получим повышение урожайности пшеницы только на 38%, что будет означать значительный дефицит.
Проблема заключается в хорошо известном компромиссе между такими вещами, как вес/количество зерна и биомасса. Как уменьшить количество листьев или подземной части растения настолько, чтобы повысить урожайность, чтобы другие аспекты, включая эффективность использования радиации (отсюда фотосинтез) и поглощение питательных веществ, не нарушались и не уменьшались?
В качестве альтернативы, как мы можем увеличить биомассу и относительную эффективность фотосинтеза, не уменьшая урожайную часть урожая - зерно?
Фотосинтез сам по себе довольно неэффективен, поэтому должна быть возможность найти золотую середину между меньшей биомассой, большим количеством зерна и более эффективным фотосинтезом - так что лучше начать, чем определить гены и генетические области, лежащие в основе всех этих признаков. в элитных линиях пшеницы?
Выращивая 150 сортов пшеницы, а затем сопоставляя различия в росте с различиями на генетическом уровне, можно было понять области сходства в желаемых признаках для улучшения урожая.
Новый ресурс для заводчиков
Проанализировав новую вариацию элитных линий пшеницы, ища генетические маркеры, лежащие в основе и связывающие признаки, такие как эффективность использования радиации, биомасса, урожайность, количество зерен, вес зерна и т. д., исследователи предоставили важный ресурс для использования учеными и селекционерами.
А именно, маркеры для использования в селекции с помощью маркеров, которые помогут увеличить желаемые результаты, такие как биомасса, вес тысячи зерен и эффективность использования радиации, избегая при этом компромисса между весом зерна и количеством зерна или между индекс биомассы и урожая.
Исследование представляет собой завершение двухлетней работы по изучению 150 сортов пшеницы с использованием полногеномного ассоциативного исследования для анализа 31 различных признаков. Среди идентифицированных генетических регионов несколько были обнаружены в конкретных регионах, общих для урожайности зерна, биомассы и эффективности использования радиации.
Другим важным аспектом работы было исследование влияния источников новой вариации на элитные линии пшеницы. Сравнивая элитные сорта пшеницы с «экзотическими» линиями, такими как стародавние сорта и синтетическая пшеница, исследователи определили области, представляющие интерес для будущих программ селекции, т. е. области, в которых мы можем внести больше вариаций в наши лучшие сорта пшеницы для получения желаемых результатов..