Расшифровать геном ржи – дать мощный импульс для развития селекции

Расшифровать геном ржи – дать мощный импульс для развития селекции

Полностью расшифровать геном ржи сумела международная исследовательская группа Института Лейбница (Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Германия) при участии Виктора Николаевича Корзуна — заведующего лабораторией инфекционных заболеваний растений ФИЦ КазНЦ РАН и руководителя отдела международных научных связей одной из крупнейших компаний по селекции растений и производству семян KWS (Германия).

Виктор Николаевич Корзун – заведующий лабораторией инфекционных заболеваний растений ФИЦ КазНЦ РАН

Рожь — высокопродуктивная и неприхотливая к климату и почвам культура

Рожь служит одним из основных объектов исследований возглавляемой Виктором Николаевичем Корзуном лаборатории инфекционных заболеваний растений ФИЦ КазНЦ РАН, созданной при финансовой поддержке мега-гранта Минобрнауки РФ, который был выигран Федеральным исследовательским центром в 2019 году в рамках национального проекта «Наука».

Рожь — высокопродуктивная и неприхотливая к климату и почвам культура, имеющая большое значение для России, Германии, Польши и других стран северо-восточной Европы. Тот факт, что международной группе ученых удалось полностью расшифровать большой и сложный геном ржи, означает, что обширное генетическое разнообразие этой культуры может быть детально исследовано и использовано селекционерами более целенаправленно.

История эволюции ржи сходна с ячменем и пшеницей. Однако ее «карьера» важной культуры на нашей планете намного менее продолжительна. В то время как ячмень и пшеница одомашнены около 10.000 лет назад в позднем неолите, рожь первоначально распространилась в Северной Европе как сорняк, растущий на полях ячменя и пшеницы. Постепенно рожь переняла характеристики двух своих «старших братьев» и 5.000-6.000 лет назад стала культивируемым видом и основным источником питания в Северной Европе. Причиной этого являются важные биологические различия между рожью и ее двумя родственниками.

Вплоть до начала 1980-х годов информации в области генетических исследований ржи было крайне мало. Это обусловлено тем, что размножение ржи осуществляется путем перекрестного опыления. Поэтому отдельные генетические признаки у этой культуры не могут быть зафиксированы так же легко как у самоопыляющихся видов растений, к которым относятся пшеница и ячмень. Кроме того, геном ржи очень большой и сложный, что обусловлено, главным образом, значительным количеством повторяющихся последовательностей ДНК. Поэтому правильно собрать полный геном ржи было очень трудно.

Основываясь на своем опыте расшифровки геномов пшеницы (IWGSC 2018) и ячменя (Mascher et al. 2017), ученые IPK в Gatersleben решили создать референтную последовательность и для ржи. Для этого они использовали однородные семена линии Lo7, полученные от селекционной компании KWS SAAT SE & Co. KGaA (https://www.kws.com/corp/en/).

Благодаря публикации в журнале Nature Genetics научному сообществу с марта 2021 года стал доступен референсный геном ржи с информацией о продуктах генов и их местоположении на хромосомах. Это огромное по научной значимости исследование и кульминация работы многих ученых.

Результаты, опубликованные в журнале, — многообещающие для науки и мощный импульс для развития селекции. Благодаря этим знаниям будут быстрее развиваться наукоемкие методы и технологии селекции. Референсный геном поможет селекционерам понять, какие гены определяют те или иные важные признаки растений, например, урожайность, устойчивость к заболеваниям и/или морозостойкость, и быстрее получить новые более адаптивные сорта. Кроме того, расшифровка генома ржи формирует дополнительные возможности не только для создания улучшенных форм этой конкретной культуры, но и других, в том числе, пшеницы или тритикале. «Например, гены устойчивости, характерные для ржи, могут быть перенесены в геном пшеницы посредством классического скрещивания», — объясняет профессор Нильс Штайн (Prof. Nils Stein), руководитель исследовательской группы «Геномика генетических ресурсов» в IPK. «Поэтому значение наших исследований выходит далеко за рамки ржи». Расшифровка эталонной последовательности ДНК облегчает перенос ценных свойств ржи, например устойчивости, на пшеницу без негативного влияния на хлебопекарные свойства пшеницы.

Виктор Николаевич Корзун убежден, что полученные результаты приведут к значительному прогрессу в области генетики ржи и будут способствовать увеличению привлекательности этой важной сельскохозяйственной культуры.

Оригинальная публикация: Rabanus-Wallace et al. (2021), Chromosome-scale genome assembly provides insights into rye biology, evolution, and agronomic potential. Nature Genetics. https://doi.org/10.1038/s41588-021-00807-0

Горшков Владимир Юрьевич,
в.н.с. лаборатории инфекционных заболеваний растений ФИЦ КазНЦ РАН,
в.н.с. лаборатории молекулярной биологии КИББ ФИЦ КазНЦ РАН