Ученые университета штата Айова пытаются разгадать головоломку генетики кукурузы

Картирование 26 геномов подробно описано в статье, опубликованной в журнале Science. Один из авторов научной работы - Мэтью Хаффорд, доцент кафедры экологии, эволюции и биологии организмов Университета штата Айова. По мнению исследователя, используя новые геномы в качестве своего рода справочных материалов, ученые-растениеводы могут лучше отбирать гены, которые могут привести к повышению урожайности или стрессоустойчивости.

Первым геномом кукурузы, который был выделен, известен как B73. Патрик Шнейбл, директор Института наук о растениях ISU, и Дорин Уэр, профессор лаборатории Колд-Спринг-Харбор и научный сотрудник Министерства сельского хозяйства США, возглавили работу по сборке генома, которая была завершена в 2009 году. С тех пор B73 служил основным эталонным геномом для кукурузы, а несколько дополнительных геномных сборок стали доступны только в последние несколько лет. Это означает, что ученые имеют ограниченное понимание генетических последовательностей в других геномах кукурузы, которых нет в B73.

«Хотя первый геном был бесценен, предоставляя первоначальный список деталей и частичную схему подключения, мы знали, что он не был полным», - сказал Уэр. «Было крайне важно разработать другие ссылки на геном, чтобы понять генетическую архитектуру, лежащую в основе важных сельскохозяйственных признаков».

Но 26 геномов, отображенных в новом исследовании, охватывают широкий спектр генетического разнообразия, от попкорна до сладкой кукурузы и полевой кукурузы в различных географических и экологических условиях. Это дает гораздо больше справочных данных для ученых, изучающих генетику кукурузы в поисках целей, которые могли бы привести к повышению урожайности.

Мэтью Хаффорд отметил, что само генетическое разнообразие, присутствующее в кукурузе, создает серьезные препятствия для сборки новых геномов. Он сказал, что 85% генома этой сельскохозяйственной культуры состоит из транспонируемых элементов, или шаблонов, которые повторяются по всему геному. Хаффорд сравнил эти перемещаемые элементы с головоломкой, в которой подавляющее большинство кусочков имеют один цвет. Это повторение затрудняет понимание того, как части сочетаются друг с другом.

По словам Хаффорда, технологические достижения предоставили исследователям именно те инструменты, которые необходимы для преодоления этих препятствий. Новая технология секвенирования позволяет считывать более длинные последовательности, что означает, что части головоломки с большей вероятностью содержат подсказки, которые позволяют ученым правильно их расположить.

Новая технология может даже позволить собрать пангеном или геномную ссылку, которая охватывает все разнообразие, присутствующее в кукурузе.

Исследование финансировалось Программой исследований генома растений Национального научного фонда. В работе участвуют в общей сложности 46 авторов из лабораторий Хаффорда и Цзяньмина Юя в штате Айова и нескольких других учреждений, включая MaizeGDB, финансируемую Министерством сельского хозяйства США базу данных геномов также в штате Айова; группу ведущего главного исследователя Келли Доу в Университете Джорджии; группу соавтора Дорин Уэр в Министерстве сельского хозяйства США; Лабораторию Колд-Спринг-Харбор в Нью-Йорке и группу соавтора Кэндис Хирш в Университете Миннесоты.