По словам руководителя группы Марка Гилтинана, профессора молекулярной биологии растений Государственного колледжа сельскохозяйственных наук Пенсильвании, метод, используемый исследователями для быстрой идентификации генов устойчивости, может быть использован для любого признака, имеющего генетическую связь в любом растении. Он утверждает, что эта стратегия представляет собой серьезный шаг вперед на пути к развитию устойчивости к болезням у растений из поколения в поколение, таких как деревья.
В центре внимания исследования было тропическое дерево Theobroma cacao, источник шоколада. Его семена являются основной статьей экспорта из многих стран-производителей в Центральной и Южной Америке, Африке и Азии, но каждый год 30-40% предуборочного урожая теряется из-за болезней.
Гилтинан отметил, что в течение долгого времени ученые пытались найти способы уменьшить эти потери, добавив, что повышение устойчивости какао к болезням является наиболее эффективным и экологически безопасным подходом к борьбе с болезнями.
Чтобы определить, как лучше всего повысить устойчивость какао, Гильтинан собрал то, что он назвал «потрясающей трансдисциплинарной командой."
Исследователи намеревались измерить восприимчивость 60 генетически разнообразных генотипов какао к Phytophthora palmivora – главному патогену какао, имеющему глобальное значение, – сначала собрав образцы листьев с деревьев какао в Международной коллекции какао (CATIE) в Турриальба, Коста. Рика.
Они сосредоточились на деревьях из четырех генетических групп – Гвиана, Икитос, Маранон и Нанай, изолированных от отдаленных регионов Амазонки, что и дало им их названия.
Исследователи также собрали листья с деревьев, представляющих четыре представляющих интерес генотипа за пределами этих генетических групп: Scavina 6, известный источник толерантности к болезням широкого спектра; Imperial College Selection 1, гибрид Trinitario, известный своей высокой восприимчивостью к болезням; и CATIE R4 и R6, два недавно разработанных гибридных генотипа с высокой устойчивостью к грибковому заболеванию Moniliophthora roreri, но которые чувствительны и умеренно устойчивы, соответственно, к гнили стручков Phytophthora.
За девятимесячный период отбора проб исследователи инокулировали 1250 листьев какао патогеном Phytophthora palmivora, а затем проанализировали и измерили полученные поражения для оценки устойчивости к болезням. Они идентифицировали 16 генотипов, показывающих самую высокую устойчивость к болезням, и еще 16 генотипов, которые, по их мнению, были восприимчивыми. Затем они глубоко секвенировали геномы большинства этих деревьев, чтобы увидеть, чем они отличаются.
«Мы секвенировали геномы 31 из этих растений, чтобы использовать мощный популяционно-генетический подход в сочетании с выводами из эволюционных и экологических теорий, чтобы обнаружить высокоприоритетные гены-кандидаты устойчивости к болезням», – сказал Гилтинан. "Как только мы определим гены устойчивости и их расположение, мы передадим эти знания, наряду с молекулярными маркерами, селекционерам растений."
Эта информация позволит селекционерам более точно и быстро улучшать генетику какао с конечной целью разработки более устойчивых систем выращивания какао и улучшения благосостояния фермеров, выращивающих какао во всем мире, сказал Гилтинан.
«Этот новый подход к обнаружению генетической основы устойчивости к болезням возможен только благодаря достижениям в области секвенирования ДНК в последние годы, которые резко ускорили процесс и снизили затраты», – отметил Гилтинан.
Большая часть исследований, опубликованных сегодня (декабрь.
6) в Tree Genetics & Genomes, было проведено в Genomic Facility в Институте наук о жизни Huck Penn State и секвенатором генома в Penn State Hershey Medical Center.
«Скачок в технологиях открыл новую эру исследований устойчивости к болезням для деревьев, которые имеют долгое время поколений и ранее требовались десятилетия, чтобы показать результаты селекции и генетических манипуляций», – сказал Гилтинан.
"Теперь, вместо изучения одного гена за раз, мы изучаем один геном за раз.
Мы изучаем тысячи генов и их генетическое разнообразие в разных генотипах какао – мы на совершенно новом уровне."
Гильтинан предположил, что последствия этого исследования выходят далеко за рамки какао, объясняя, что это открытие может в конечном итоге способствовать повышению глобальной продовольственной и экономической безопасности.
«Основным препятствием для увеличения производства продуктов питания являются потери урожая из-за микробных болезней растений, которые ежегодно уничтожают около 15 процентов всего мирового урожая», – сказал он. "Для сокращения потерь, связанных с болезнями растений, необходимы достижения в области борьбы с болезнями растений, и открытие генов устойчивости откроет возможности генетического разнообразия для селекции устойчивых растений будущего."