Tutkijat jäljittävät 200 miljoonaa vuotta vanhoja genomeja ilmastokestävien lajikkeiden jalostamiseksi

Tutkijat ovat rekonstruoineet yli 200 miljoonaa vuotta vanhoja kasvien muinaisgenomeja ja käyttäneet niitä noin 100 geenivariantin paikantamiseen, jotka auttoivat vehnää ja ohraa sopeutumaan muuttuviin ilmastoihin 10 000 vuotta kestäneen ihmisen harjoittaman viljelyn aikana. Tutkijoiden mukaan nämä variantit voisivat nopeuttaa sellaisten viljelykasvien jalostusta, jotka kestävät kuumempia ja kuivempia kasvuolosuhteita.

Paleogenomiikka kohtaa nykyaikaisen jalostuksen

INRAE:n, Clermont Auvergnen yliopiston ja Ranskan CNRS:n tiimien johtama tutkimus julkaistiin kahdessa artikkelissa Molecular Plant- ja Nature Plants -lehdissä. Vertaamalla laskennallisesti 84 nykyaikaista kukkivien kasvien genomia, tutkijat rekonstruoivat kymmenen perustajapaleogenomia, jotka edustavat nykyisten viljelykasvilajien yhteisiä esi-isiä. Tämän jälkeen he skannasivat 1 420 nykyaikaista vehnä- ja ohralajiketta sekä 5 000 vuotta vanhoja vehnän jäänteitä tunnistaakseen geenivariantit, jotka molemmat viljat säilyttivät itsenäisesti samankaltaisten ympäristöpaineiden alla.bioengineer+3

Logiikka on suoraviivainen: vehnä ja ohra kesytettiin samalla alueella, Hedelmällisessä puolikuussa, suunnilleen samassa aikataulussa ja samoissa ilmastollisissa rajoitteissa. Kun kaksi itsenäisesti jalostettua lajia päätyy samoihin geenivariantteihin, nämä variantit ovat vahvoja ehdokkaita todellisen kuivuuden, kuumuuden ja epäsäännöllisten sateiden sietokyvyn edistämiseen.phys

Validoidut kohteet ja avoimet työkalut

Vehnän osalta tiimi vahvisti kolme geeniä, jotka on aiemmin karakterisoitu muilla lajeilla. Kaksi niistä vaikuttaa satoon ja kukinta-aikaan, eli ominaisuuksiin, joita jalostajat jo manipuloivat, kun taas kolmas vaikuttaa epigeneettiseen säätelyyn eli siihen, miten geenit kytkeytyvät päälle tai pois päältä. Vahvistus siitä, että nämä geenit toimivat lajirajojen yli, on tutkimuksen lupauksen ytimessä: sen sijaan, että jokaista viljelykasvia tutkittaisiin erillään, jalostajat voivat käyttää säilyneiden geenien luetteloa translaationaalisena siltana.newsminimalist+1

Jotta tulokset olisivat laajasti saatavilla, tutkijat julkaisivat kaksi avoimen pääsyn työkalua. AGR (Ancestral Genome Reconstruction) antaa käyttäjille mahdollisuuden rekonstruoida sukupuuttoon kuolleita paleogenomeja nykyaikaisten genomivertailujen perusteella, kun taas OrthoViewer tarjoaa tietokannan kaikissa 84 tutkitussa lajissa säilyneistä geeneistä, yhdistäen 1 142 geeniä, joilla on dokumentoituja agronomisia toimintoja.phys+1

Viljoista laajempaan työkalupakkiin

Menetelmä ei rajoitu vain vehnään ja ohraan. Koska paleogenomit kattavat kymmeniä kasviheimoja, työnkulkua voidaan laajentaa muihin perusviljelykasveihin. Tiimit soveltavat sitä jo riisiin, maissiin ja durraan.phys+1

"Ymmärtäminen siitä, miten geenivariantit ovat kehittyneet maataloudellisesti kiinnostavien kasvi- ja eläinlajien kesyttämisen ja valinnan aikana, mahdollistaa niiden tunnistamisen, joita on valittu lajien välillä ympäristöissä, joissa on samat ilmastorajoitteet", sanoi Jérôme Salse, INRAE:n tutkimusjohtaja. Nämä variantit ovat hänen mukaansa "kiinnostavia sellaisten genotyyppien valinnassa, jotka on sopeutettu ilmastonmuutoksen ja agroekologisen siirtymän nykyisiin haasteisiin".phys