Картофель является основным продуктом питания для более чем 1,3 миллиарда человек. Но, несмотря на его важность для глобальной продовольственной безопасности, успехи в селекции были скромными. Некоторые из самых популярных сортов картофеля были выведены много десятилетий назад. Причиной этого ограниченного успеха является сложный геном картофеля: в каждой клетке содержится четыре копии генома вместо двух. Это бросает вызов традиционной селекции на основе гибридизации.
Группа под руководством профессора Корбиниана Шнеебергера, руководителя исследовательской группы по пластичности генома и вычислительной генетике в LMU и Институте исследований селекции растений имени Макса Планка, теперь совершила важный прорыв. Как сообщают исследователи в журнале Nature, им удалось реконструировать геном десяти исторических сортов картофеля. Затем они использовали эти знания для разработки метода, который значительно упростит и ускорит реконструкцию дальнейших геномов картофеля.
В сотрудничестве с исследователями из Университета Вагенингена, Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур имени Лейбница (IPK) в Грос-Люзевице и Университета Сиань Цзяотун в Китае команда выбрала исторические сорта, некоторые из которых уже выращивались в 18 веке. «Поскольку этот картофель появился в то время, когда начинались европейские селекционные программы, мы хотели выяснить, насколько разнообразен этот картофель, чтобы понять генетический потенциал нашего картофеля», — говорит Шнеебергер. Ответ был: не очень. Генетический пул картофеля крайне ограничен. Десять сортов картофеля охватывают около 85 процентов генетической изменчивости всего современного европейского картофеля.
Исследователи связывают свои выводы с эффектом бутылочного горлышка. Картофель импортировался из Южной Америки с XVI века. Количество различных особей было низким, и большинство из них не могли справиться с европейскими условиями. Этот сокращенный генофонд затем еще больше сократился из-за болезней. Самым известным примером является вспышка фитофтороза картофеля в 1840-х годах, которая привела к краху урожаев и катастрофическому голоду, особенно в Ирландии, но также и в остальной Европе.
В то же время исследование показало — к удивлению исследователей — что различия между отдельными копиями хромосом могут быть огромными.
«Поскольку генофонд настолько ограничен, различных хромосом не так много, но когда хромосомы различаются, они расходятся в степени, никогда ранее не наблюдавшейся у одомашненных растений», — объясняет Шнеебергер. «Различия примерно в двадцать раз больше, чем у людей».
Эти различия предположительно возникли до появления картофеля в Европе. Коренные народы Южной Америки начали одомашнивать картофель около 10 000 лет назад, и эти различия, вероятно, являются результатом скрещивания между дикими видами.
Наконец, исследователи разработали новый подход, который можно использовать для анализа геномов около 2000 сортов картофеля, зарегистрированных в Европейском союзе. Вместо того, чтобы кропотливо генерировать данные, необходимые для реконструкции генома, легко генерируемые данные сравниваются с известными в настоящее время геномами, чтобы определить, какие из известных хромосом присутствуют в сорте. Исследователи показали, что их подход работает с сортом Russet Burbank, который существует с 1908 года и до сих пор является стандартным сортом для картофеля фри.
«Знание последовательностей генома составляет основу многих подходов в селекции растений, от традиционной селекции до новейших методов генной инженерии», — говорит Шнеебергер. «В будущем нам больше не придется работать без этой информации».
