Расшифрован геном картофеля

Более чем через 20 лет после первого обнародования генома человека ученые из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене и Института селекции растений имени Макса Планка в Кельне впервые расшифровали сложнейший геном картофеля. Это технически сложное исследование закладывает биотехнологическую основу для ускоренного выведения более выносливых сортов - цель селекции растений на протяжении многих лет и важный шаг для глобальной продовольственной безопасности.

Покупая сегодня картофель на рынке, покупатели вполне могут уехать домой с сортом, который был доступен уже более 100 лет назад. Традиционные сорта картофеля пользуются популярностью. И все же этот пример также подчеркивает отсутствие разнообразия среди преобладающих сортов картофеля. Однако вскоре ситуация может измениться: исследователи из группы генетика Корбиниана Шнеебергера смогли создать первую полную сборку генома картофеля. Это открывает путь к выведению новых, устойчивых сортов:

 "Картофель становится все более неотъемлемой частью рациона питания во всем мире, включая даже такие азиатские страны, как Китай, где рис является традиционным основным продуктом питания. Опираясь на результаты этой работы, мы теперь можем с помощью генома вывести новые сорта картофеля, которые будут более продуктивными, а также устойчивыми к изменению климата - это может оказать огромное влияние на обеспечение продовольственной безопасности в ближайшие десятилетия".

Особенно низкое разнообразие делает растения картофеля восприимчивыми к болезням. Это может иметь серьезные последствия, наиболее ярко проявившиеся во время ирландского голода 1840-х годов, когда в течение нескольких лет почти весь урожай картофеля гнил в земле, и миллионы людей в Европе страдали от голода только потому, что единственный выращиваемый сорт не был устойчив к недавно появившейся болезни клубней. Во время "зеленой революции" 1950-х и 1960-х годов ученым и селекционерам удалось добиться значительного повышения урожайности многих основных сельскохозяйственных культур, таких как рис или пшеница. Однако картофель не получил сравнимого роста, и усилия по выведению новых сортов с более высокой урожайностью остаются практически безуспешными и по сей день.

Причина этого проста, но ее трудно устранить: вместо того, чтобы наследовать по одной копии каждой хромосомы от отца и матери (как у людей), картофель наследует по две копии каждой хромосомы от каждого родителя, что делает его видом с четырьмя копиями каждой хромосомы (тетраплоидным). Четыре копии каждой хромосомы означают также четыре копии каждого гена, что делает выведение новых сортов, обладающих желаемым сочетанием индивидуальных свойств, весьма сложной и трудоемкой задачей; более того, многочисленные копии каждой хромосомы делают реконструкцию генома картофеля гораздо более сложной технической задачей, чем в случае с геномом человека.

Исследователи преодолели это давнее препятствие с помощью простого, но элегантного приема. Вместо того чтобы пытаться отличить друг от друга четыре, зачастую очень похожие, копии хромосом, Корбиниан Шнеебергер вместе со своим коллегой Хекуаном Суном и другими соавторами обошли эту проблему, секвенировав ДНК большого количества отдельных клеток пыльцы. В отличие от всех других клеток, каждая клетка пыльцы содержит только две случайные копии каждой хромосомы; это облегчило реконструкцию последовательности всего генома.

Обзор полной последовательности ДНК культурного картофеля может значительно облегчить селекцию и уже много лет является целью ученых и селекционеров. Имея такую информацию, ученые теперь могут легче определить варианты генов, ответственные за желательные или нежелательные признаки.