Технология клонирования генов – новая разработка для защиты культурных растений
Исследователи разработали новый метод, который позволяет им быстро привлекать гены устойчивости к болезням из диких растений и переносить их в домашние культуры.
Методика под названием AgRenSeq (или ускоренное клонирование) была разработана исследователями Центра Джона Иннеса, Великобритания, вместе с коллегами в США и Австралии для усиления борьбы с патогенами, которые угрожают продовольственным культурам во всем мире.
Методика позволяет исследователям искать и собирать генетическую «библиотеку» генов устойчивости, обнаруженных у диких сородичей современных сельскохозяйственных культур, чтобы быстро идентифицировать последовательности, связанные со способностью бороться с болезнями.
Из генетической библиотеки исследователи могут получить материал для клонирования генов и внедрения их в элитные сорта домашних культур, чтобы защитить растения от патогенных микроорганизмов, вызывающих ржавчину и мучнистую росу, и вредителей, таких как гессенская муха.
По словам доктора Бранде Вульфа, лидера проекта в Центре Джона Иннеса, технология AgRenSeq поможет повысить урожайность и сократить использование пестицидов. «Наличие быстрого клонирования в нашем наборе инструментов означает, что элитные культуры можно сделать более устойчивыми, что означает лучшую урожайность и меньшую зависимость от пестицидов для защиты сельскохозяйственных культур», - говорит он.
«Мы нашли способ сканировать геном дикого родственника сельскохозяйственного растения и выбрать 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 походил на поиск иголки в стоге сена. Теперь мы можем клонировать эти гены за считанные месяцы и за тысячи фунтов вместо миллионов», сказал Вульф.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Biotechnology, сообщает, что технология AgRenSeq была успешно опробована на диком родственнике пшеницы.
Исследователи идентифицировали и клонировали четыре гена устойчивости к разрушительному патогену стеблевой ржавчины в течение нескольких месяцев вместо десяти лет с использованием обычных инструментов селекционеров.
Работа с дикой пшеницей используется в качестве доказательства эффективности метод, который можно использовать для защиты многих культур, имеющих диких сородичей, включая сою, горох, хлопчатник, кукурузу, картофель, пшеницу, ячмень, рис, банан и какао.
Прививка генов пойдет современным культурам на пользу
Современные элитные культуры, создаваемые для высоких урожаев и других желательных агрономических признаков, утратили большое генетическое разнообразие, особенно в сфере устойчивости к болезням.
Повторное внедрение генов устойчивости к болезням от диких сородичей является экономически и экологически устойчивым подходом к селекции устойчивых культур.
Новая методика объединяет высокопроизводительное секвенирование ДНК с современной биоинформатикой.
Чтобы проверить метод, команда собрала панель разнообразия из 151 штамма травы под названием Aegilops tauschii. Родоначальник современной пшеницы, этот дикий родственник внес столб D-генома в хлебную пшеницу.
Команда привила к популяции дикого родственника возбудителя стеблевой ржавчины и проверила растения, чтобы выявить устойчивые и восприимчивые к болезни растения. Сопоставляя эту информацию с последовательностями ДНК растений, они смогли выявить идентичность генов функциональной устойчивости в популяции.
«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», - объясняет д-р Сану Арора, первый автор статьи.
Лаборатория доктора Вульфа также является пионером в технике скоростной селекции, которая использует улучшенное светодиодное освещение для ускорения генетического улучшения сельскохозяйственных культур. Он видит AgRenSeq как идеальную дополнительную технологию.
«Это кульминация мечты, результат многолетней работы. Наши результаты показывают, что AgRenSeq - это надежный протокол для быстрого обнаружения генов устойчивости из генетически разнообразной группы родственников дикой культуры», - говорит он.
«Если у нас завтра произойдет эпидемия, мы можем пойти в нашу библиотеку и привить этот патоген через нашу панель разнообразия и выбрать гены устойчивости. Используя скоростное клонирование и скоростное размножение, мы можем доставить гены устойчивости в элитные сорта в течение нескольких лет. Наша методика подобна фениксу, восставшему из пепла», сказал Арора.
