Международная группа исследователей прочитала полиплоидный геном R570 — распространенного сорта сахарного тростника.
Сахарный тростник занимает первое место по весу годового урожая среди всех сельскохозяйственных культур. Из него получают 80 % сахара в мире. В последние десятилетия всё большую важность приобретает сахарный тростник как источник биотоплива.
Традиционные методы селекции сахарного тростника позволили создать сорта, адаптированные к разным условиям окружающей среды и патогенам, но усилия по повышению урожайности в последнее время не приносят заметных результатов. Прекращение прироста урожайности может быть связано с ограниченным генетическим разнообразием внутри селекционных популяций, длительными циклами размножения растения и сложностью его генома.
Одомашнивание сахарного тростника (Saccharum officinarum) началось примерно 10 000 лет назад на севере Индии, где появились первые «сладкие» сорта, полученные из дикого предка — Saccharum robustum. Однако все современные сорта получены в результате нескольких межвидовых гибридизаций, проведенных селекционерами столетие назад между «сладким» Saccharum officinarum и «диким» Saccharum spontaneum. Гибридизация сахарного тростника обеспечила крупный прорыв в устойчивости к болезням и адаптации к стрессовым условиям окружающей среды. Однако гибриды раннего поколения также имели гораздо более низкий выход сахара из-за большого вклада дикого генома.
Сложность геномов и родословных гибридов сахарного тростника иллюстрируется разработкой сорта R570, который был выведен селекционерами на острове Реюньон в 1980 году. «Геном сахарного тростника настолько сложен как потому, что он большой, так и потому, что он содержит больше копий хромосом, чем типичное растение, — особенность, называемая полиплоидией, — рассказывает Джереми Шмуц из Института биотехнологии Hudson Alpha. — Его геном содержит около 10 миллиардов пар нуклеотидных оснований; для сравнения, геном человека насчитывает около 3 миллиардов. Многие участки ДНК сахарного тростника идентичны как внутри одной хромосомы, так и в разных хромосомах. Это усложняет правильную сборку всех небольших сегментов ДНК. Мы решили загадку, объединив несколько методов генетического секвенирования, включая недавно разработанный метод, известный как секвенирование PacBio HiFi, который может точно определять последовательность более длинных участков ДНК. Это была самая сложная последовательность генома, которую мы когда-либо создавали».
«Мы работаем над тем, чтобы понять, как конкретные гены растения связаны с качеством биомассы, которую мы получаем и которую затем можем превратить в биотопливо и биопродукты, — добавляет Блейк Симмонс из Объединенного института биоэнергетики. — Благодаря лучшему пониманию генетики сахарного тростника мы сможем контролировать генотипы растений, необходимые для производства сахаров и промежуточных продуктов, полученных из жома, которые нам необходимы для устойчивых технологий переработки сахарного тростника в масштабах, соответствующих биоэкономике».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
