Forskare spårar 200 miljoner år gamla genom för att odla klimattåliga grödor

Forskare har rekonstruerat förfäders växtgenom som är mer än 200 miljoner år gamla och använt dem för att identifiera cirka 100 genvarianter som hjälpt vete och korn att anpassa sig till skiftande klimat under 10 000 år av mänsklig odling. De menar att dessa varianter kan påskynda framtagandet av grödor som tål varmare och torrare odlingsförhållanden.

Paleogenomik möter modern växtförädling

Studien, som leddes av team vid INRAE, universitetet i Clermont Auvergne och franska CNRS, publicerades i två artiklar i Molecular Plant och Nature Plants. Genom att beräkningsmässigt jämföra 84 moderna genom från blomväxter rekonstruerade forskarna tio paleogenom som representerar de gemensamma förfäderna till dagens grödor. De skannade sedan 1 420 moderna vete- och kornsorter, tillsammans med uråldriga vetelämningar som dateras 5 000 år tillbaka, för att identifiera genvarianter som båda sädesslagen oberoende av varandra bevarat under liknande miljömässiga påfrestningar.bioengineer+3

Logiken är enkel: vete och korn domesticerades i samma region, den bördiga halvmånen, under ungefär samma tidslinje och under samma klimatiska begränsningar. När två oberoende förädlade arter konvergerar mot samma genvarianter är dessa varianter starka kandidater för att driva verklig anpassning till torka, värme och oregelbunden nederbörd.phys

Validerade mål och öppna verktyg

Hos vete validerade teamet tre gener som tidigare karakteriserats i andra arter. Två påverkar avkastning och blomningstid, egenskaper som förädlare redan manipulerar, medan den tredje spelar en roll i epigenetisk reglering, det vill säga hur gener slås av eller på. Bekräftelsen på att dessa gener fungerar över artgränserna är central för studiens potential: istället för att studera varje gröda isolerat kan förädlare använda den konserverade genkatalogen som en brygga.newsminimalist+1

För att göra resultaten brett tillgängliga har forskarna släppt två öppna verktyg. AGR (Ancestral Genome Reconstruction) låter användare rekonstruera utdöda paleogenom från moderna genomjämförelser, medan OrthoViewer tillhandahåller en databas över konserverade gener hos alla 84 studerade arter, vilket integrerar 1 142 gener med dokumenterade agronomiska funktioner.phys+1

Från spannmål till en bredare verktygslåda

Metoden är inte begränsad till vete och korn. Eftersom paleogenomen sträcker sig över dussintals botaniska familjer kan arbetsflödet utvidgas till andra basgrödor. Teamen tillämpar den redan på ris, majs och sorghum.phys+1

"Att förstå hur genvarianter har utvecklats under domesticeringen och selektionen av växt- och djurarter av jordbruksintresse gör det möjligt för oss att identifiera de som har selekterats över arter i miljöer med samma klimatkrav", säger Jérôme Salse, forskningschef vid INRAE. Dessa varianter, säger han, är "av intresse för selektion av genotyper anpassade till dagens utmaningar med klimatförändringar och den agroekologiska omställningen."phys