Mokslininkai atseka 200 milijonų metų senumo genomus, kad išvestų klimatui atsparias kultūras

Tyrėjai rekonstravo daugiau nei 200 milijonų metų senumo augalų protėvių genomus ir panaudojo juos nustatydami apie 100 genų variantų, kurie padėjo kviečiams ir miežiams prisitaikyti prie besikeičiančio klimato per 10 000 metų trukusį žmogaus ūkininkavimą. Jų teigimu, šie variantai galėtų paspartinti kultūrų, gebančių atlaikyti karštesnes ir sausesnes auginimo sąlygas, selekciją.

Paleogenomika susitinka su šiuolaikine selekcija

Tyrimas, kuriam vadovavo INRAE, Klermono Overnės universiteto ir Prancūzijos CNRS komandos, buvo paskelbtas dviejuose straipsniuose žurnaluose Molecular Plant ir Nature Plants. Kompiuteriniu būdu palyginę 84 šiuolaikinių žiedinių augalų genomus, tyrėjai rekonstravo dešimt „pagrindinių“ paleogenomų, atstovaujančių bendriems šiuolaikinių pasėlių rūšių protėviams. Tada jie ištyrė 1 420 šiuolaikinių kviečių ir miežių veislių bei 5 000 metų senumo kviečių liekanas, kad nustatytų genų variantus, kuriuos abi javų rūšys nepriklausomai išsaugojo esant panašiam aplinkos spaudimui.bioengineer+3

Logika paprasta: kviečiai ir miežiai buvo prijaukinti tame pačiame regione – Derlingajame pusmėnulyje – maždaug tuo pačiu metu ir esant tiems patiems klimato apribojimams. Kai dvi nepriklausomai veisiamos rūšys konverguoja į tuos pačius genetinius variantus, šie variantai tampa stipriais kandidatais, skatinančiais tikrą prisitaikymą prie sausros, karščio ir nereguliarių kritulių.phys

Patvirtinti taikiniai ir atviri įrankiai

Kviečiuose komanda patvirtino tris genus, anksčiau apibūdintus kitose rūšyse. Du iš jų veikia derlių ir žydėjimo laiką, t. y. savybes, kurias selekcininkai jau manipuliuoja, o trečiasis vaidina svarbų vaidmenį epigenetinėje reguliacijoje, t. y. kaip genai yra įjungiami arba išjungiami. Patvirtinimas, kad šie genai veikia peržengdami rūšių ribas, yra esminis tyrimo pažadas: užuot tyrinėję kiekvieną kultūrą atskirai, selekcininkai gali naudoti konservuotų genų katalogą kaip vertimo tiltą.newsminimalist+1

Kad šie rezultatai būtų plačiai prieinami, tyrėjai išleido du atviros prieigos įrankius. AGR (Ancestral Genome Reconstruction) leidžia vartotojams rekonstruoti išnykusius paleogenomus iš šiuolaikinių genomų palyginimų, o OrthoViewer pateikia konservuotų genų duomenų bazę visose 84 tirtose rūšyse, integruodama 1 142 genus su dokumentuotomis agronominėmis funkcijomis.phys+1

Nuo javų iki platesnio įrankių rinkinio

Metodas neapsiriboja tik kviečiais ir miežiais. Kadangi paleogenomai apima dešimtis botaninių šeimų, darbo eigą galima pritaikyti ir kitoms pagrindinėms kultūroms. Komandos tai jau taiko ryžiams, kukurūzams ir sorgams.phys+1

„Supratimas, kaip genų variantai evoliucionavo prijaukinimo ir žemės ūkio požiūriu svarbių augalų bei gyvūnų rūšių atrankos metu, leidžia mums nustatyti tuos, kurie buvo atrinkti įvairiose rūšyse esant tiems patiems klimato apribojimams“, – sakė Jérôme Salse, INRAE tyrimų direktorius. Pasak jo, šie variantai yra „įdomūs atrenkant genotipus, pritaikytus dabartiniams klimato kaitos ir agroekologinio perėjimo iššūkiams.“phys