Научный взгляд: исследователи взломали генетический код сахарного тростника

Сахарный тростник – одна из самых урожайных культур на планете. Из него производят сахар, патоку, биоэтанол. Остатки после его прессования, называемые багассой, являются важным видом сельскохозяйственных отходов, из которых можно получить биотопливо и биопродукты.

Сахарный тростник имеет один из самых сложных генетических кодов, поэтому сделать полную расшифровку его генома до сих пор не удавалось. Геном сахарного тростника имеет большой размер и многочисленное количество копий хромосом. Для сравнения: в геноме сахарного тростника около 10 млрд пар оснований нуклеотидов, в геноме человека их около 3 млрд.

Многие участки ДНК сахарного тростника идентичны как внутри, так и между различными хромосомами. Все это усложняет задачу правильной сборки небольших сегментов ДНК при восстановлении полного генетического кода. Исследователи решили эту задачу, объединив несколько методов генетического секвенирования, включая недавно разработанный метод PacBio HiFi sequencing, который позволяет точно определить последовательность более длинных участков ДНК.

Ученые определили, где находятся гены, отвечающие за устойчивость к бурой ржавчине – грибному патогену, который наносит огромный ущерб урожаю сахарного тростника. В геноме сахарного тростника сотни тысяч генов, но только два гена, работающие вместе, защищают растение от бурой ржавчины. Лучшее понимание того, как работает устойчивость к болезням у сахарного тростника, может помочь защитить другие культуры от подобных патогенов в будущем.

Исследователи изучали сорт сахарного тростника, известный как R570, который уже несколько десятилетий во всем мире используется в качестве модели для изучения генетики сахарного тростника. Как и все современные сорта сахарного тростника, R570 – это гибрид, полученный путем скрещивания «культурного» вида сахарного тростника, который превосходил остальные виды в производстве сахара, и его дикого вида, который нес в себе гены устойчивости к болезням. Полная генетическая картина R570 позволит селекционерам определить гены, которые контролируют признаки, представляющие интерес в каждом конкретном случае.

Улучшение будущих сортов сахарного тростника имеет потенциальное применение как в сельском хозяйстве, так и в биоэнергетике.

Исследование нуклеотидной последовательности генома растений используют не только для поиска генов устойчивости, но и для дифференциации видов. Во Всероссийском центре карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») проводят исследования по расшифровке геномов инвазивных сорных растений для дальнейшей разработки специфических методов диагностики карантинных видов растений и соблюдение фитосанитарных требований стран импортеров отечественной сельскохозяйственной продукции.

Источник: Adam Healey, The complex polyploid genome architecture of sugarcane, Nature (2024). URL: https:doi.org/10.1038/s41586-024-07231-4