Картофель – основной продукт питания для более чем 1,3 миллиарда человек, но успехи в его селекции остаются ограниченными. Многие востребованные сорта, обеспечивающие продовольственную безопасность на планете, были выведены десятилетия назад. Главный барьер для ускорения селекции – сложность генома: клетки картофеля содержат не две, а четыре копии генома (тетраплоидия), что значительно затрудняет создание гибридов.
Группа учёных под руководством профессора Корбиниана Шнеебергера (Людвиг-Максимилианский университет и Институт Макса Планка по исследованию селекции растений) добилась важного прорыва. Их результаты опубликованы в журнале Nature. Исследователи впервые реконструировали полные геномы десяти исторических сортов картофеля, что позволило создать быстрый и удобный метод анализа генома для будущих исследований и селекции.
В проекте участвовали учёные из Вагенингенского университета, Лейбниц-Института генетики растений и исследований культурных растений (IPK, Грос Люзевиц), а также Сианьцзяотунского университета (Китай). Для анализа были выбраны исторические сорта, которые выращивались в Европе начиная с XVIII века.
По словам Шнеебергера, задача заключалась в том, чтобы оценить разнообразие ранних европейских сортов картофеля и понять их селекционный потенциал. Выяснилось, что генетический резерв крайне ограничен: всего десять проанализированных сортов содержат около 85% всей генетической изменчивости современных европейских картофелей.
Среди причин столь узкого генетического разнообразия – эффект «бутылочного горлышка» после завоза картофеля из Южной Америки (начиная с XVI века). Немногие растения, сумевшие прижиться в Европе, стали прародителями всех последующих сортов. Дальнейшее сужение генофонда произошло из-за болезней, особенно после эпидемии фитофтороза в 1840-х годах, когда урожаи погибли, а Европа, особенно Ирландия, пережила катастрофические голодные годы.
При этом, несмотря на скудость общей генетической базы, копии отдельных хромосом у картофеля демонстрируют колоссальные различия. Как отмечает Шнеебергер, «когда эти различия есть, они примерно в 20 раз превышают аналогичные показатели у человека». Такое разнообразие возникло ещё до появления картофеля в Европе – в процессе одомашнивания коренных народов Южной Америки около 10 тысяч лет назад и скрещивания с дикими видами.
Для анализа современной коллекции в почти 2 000 зарегистрированных в Евросоюзе сортов учёные предложили принципиально новый подход. Не требуется полная расшифровка каждого генома: достаточно сопоставить легко получаемые фрагменты ДНК с уже известными эталонными геномами, чтобы определить, какие хромосомы присутствуют в каждом из сортов. Эффективность метода подтверждена на примере сорта Russet Burbank, существующего с 1908 года и ставшего стандартом для картофеля фри.
Сегодня знание геномной последовательности становится основой любой современной селекции растений – как традиционной, так и с применением генных технологий. По словам Шнеебергера, «в будущем селекционеры всегда смогут оперировать этой геномной информацией».
Новые методы анализа генома открывают возможности для более эффективного выведения сортов картофеля, что особенно важно для обеспечения продовольственной безопасности и устойчивого сельского хозяйства.
Изображение носит иллюстративный характер
Группа учёных под руководством профессора Корбиниана Шнеебергера (Людвиг-Максимилианский университет и Институт Макса Планка по исследованию селекции растений) добилась важного прорыва. Их результаты опубликованы в журнале Nature. Исследователи впервые реконструировали полные геномы десяти исторических сортов картофеля, что позволило создать быстрый и удобный метод анализа генома для будущих исследований и селекции.
В проекте участвовали учёные из Вагенингенского университета, Лейбниц-Института генетики растений и исследований культурных растений (IPK, Грос Люзевиц), а также Сианьцзяотунского университета (Китай). Для анализа были выбраны исторические сорта, которые выращивались в Европе начиная с XVIII века.
По словам Шнеебергера, задача заключалась в том, чтобы оценить разнообразие ранних европейских сортов картофеля и понять их селекционный потенциал. Выяснилось, что генетический резерв крайне ограничен: всего десять проанализированных сортов содержат около 85% всей генетической изменчивости современных европейских картофелей.
Среди причин столь узкого генетического разнообразия – эффект «бутылочного горлышка» после завоза картофеля из Южной Америки (начиная с XVI века). Немногие растения, сумевшие прижиться в Европе, стали прародителями всех последующих сортов. Дальнейшее сужение генофонда произошло из-за болезней, особенно после эпидемии фитофтороза в 1840-х годах, когда урожаи погибли, а Европа, особенно Ирландия, пережила катастрофические голодные годы.
При этом, несмотря на скудость общей генетической базы, копии отдельных хромосом у картофеля демонстрируют колоссальные различия. Как отмечает Шнеебергер, «когда эти различия есть, они примерно в 20 раз превышают аналогичные показатели у человека». Такое разнообразие возникло ещё до появления картофеля в Европе – в процессе одомашнивания коренных народов Южной Америки около 10 тысяч лет назад и скрещивания с дикими видами.
Для анализа современной коллекции в почти 2 000 зарегистрированных в Евросоюзе сортов учёные предложили принципиально новый подход. Не требуется полная расшифровка каждого генома: достаточно сопоставить легко получаемые фрагменты ДНК с уже известными эталонными геномами, чтобы определить, какие хромосомы присутствуют в каждом из сортов. Эффективность метода подтверждена на примере сорта Russet Burbank, существующего с 1908 года и ставшего стандартом для картофеля фри.
Сегодня знание геномной последовательности становится основой любой современной селекции растений – как традиционной, так и с применением генных технологий. По словам Шнеебергера, «в будущем селекционеры всегда смогут оперировать этой геномной информацией».
Новые методы анализа генома открывают возможности для более эффективного выведения сортов картофеля, что особенно важно для обеспечения продовольственной безопасности и устойчивого сельского хозяйства.
