Исследователи из Англии, США и Австралии разработали новый метод, который позволяет им в кратчайшие сроки задействовать гены устойчивости к болезням из диких растений и переносить их в одомашненные сельскохозяйственные культуры.

Методика под названием AgRenSeq или ускоренное клонирование была разработана исследователями из Центра Джона Иннеса (Англия) совместно с коллегами из США и Австралии для ускорения борьбы с патогенными микроорганизмами, которые угрожают продовольственным культурам во всем мире.

Технология позволяет исследователям искать генетическую «библиотеку» генов устойчивости, обнаруженных у диких родственников современных с/х культур, чтобы они могли быстро идентифицировать последовательности, связанные со способностью бороться с заболеваниями. Таким образом научные сотрудники могут использовать лабораторные методы для клонирования генов и внедрения их в элитные сорта домашних культур, чтобы защитить их от болезнетворных микроорганизмов и вредителей, таких как ржавчина, мучнистая роса и гессенская муха.

По словам руководителя проекта в Центре Джона Иннеса доктора Бранде Вульфа, увеличивая устойчивость к болезням в сельхозкультурах, методика AgRenSeq также поможет повысить урожайность и сократить использование пестицидов.

«Наличие скоростного клонирования в нашем наборе инструментов означает, что элитные культуры можно сделать более устойчивыми, и как следствие более высокоурожайными. Вместе с тем, снижается количество использования пестицидов для защиты сельскохозяйственных культур. Мы нашли способ сканировать геном дикого родственника сельскохозяйственного растения и выбирать необходимые нам гены устойчивости. Вся процедура осуществляется в рекордно короткие сроки. Раньше на этот процесс уходило 10-15 лет. Теперь мы в состоянии клонировать гены за считанные месяцы и затраты на это составляют не миллионы, а тысячи фунтов», — отметил господин Вульф.

Согласно исследованию, опубликованному в издании Nature Biotechnology и профинансированному BBSRC, методика AgRenSeq была успешно опробована на диком родственнике пшеницы. При этом ученые идентифицировали и клонировали четыре гена устойчивости к стеблевой ржавчине в течение нескольких месяцев. Данную технологию можно применять для защиты множества культур, имеющих диких родственников включая сою, горох, хлопок, кукурузу, картофель, пшеницу, ячмень, рис, бананы и какао.

Современные элитные сельхозкультуры в результате трансформаций, направленных на повышение урожайности и других желательных агрономических признаков, утратили большое количество генетического разнообразия, особенно по причине устойчивости к заболеваниям. Повторное введение генов устойчивости диких родственников является экономически и экологически выгодным подходом к селекции более резистентных культур. Однако интрогрессия данных генов в сельскохозяйственные культуры является трудоемким процессом.

Новый метод объединяет высокопроизводительное секвенирование ДНК и современную биоинформатику. Это совмещение двух технологий: генетики соединений, которая позволяет исследователям выявлять связи между областями генома и устойчивыми к болезням признаками у многих отдельно взятых растений, и захвата последовательности, который позволяет нацеливаться на определенные области генома, кодирующих белки иммунного рецептора. Благодаря этому данная методика является рентабельной альтернативой секвенированию всего генома.

Для проверки уникального метода, команда ученых заразила диких родственников пшеницы стеблевой ржавчиной, после чего отобрала устойчивых и восприимчивых к заболеванию растений. Сопоставляя эту информацию с последовательностями ДНК растений, исследователи смогли выявить идентичность генов функциональной устойчивости.

«Теперь у нас есть библиотека генов устойчивости к болезням, и мы разработали алгоритм, который позволяет научным сотрудникам быстро сканировать эту библиотеку и находить гены функциональной устойчивости», — пояснил первый автор статьи доктор Сану Арора.

В лаборатории доктора Вульфа применяется усовершенствованное светодиодное освещение для ускорения генетического улучшения сельскохозяйственных культур.

«Наши результаты показывают, что AgRenSeq является надежным протоколом для быстрого обнаружения генов устойчивости из генетически разнообразной группы родственников диких культур. В случае возникновения эпидемии, мы сможем быстро определить гены устойчивости к патогену. Используя скоростное клонирование и скоростное размножение, мы сможем в кратчайшие сроки снабдить элитные сорта генами устойчивости», — заявил Бранде Вульф.

 

*по информации из открытых источников

 

Читайте также:

Британские исследователи совершили прорыв в борьбе с болезнями растений

Австрийские и немецкие исследователи открыли альтернативу химическим удобрениям

Голландские исследователи оценили преимущество беспроводных датчиков для контроля климата в теплицах