Новая генетическая линия пшеницы

Новая генетическая линия пшеницы, высокоурожайная и устойчивая к патогенам, может быть выведена благодаря команде учёных из Института цитологии и генетики СО РАН.

Расшифровка генома пшеницы, одного из самых сложных из всех известных науке, началась ещё в 2005 году. Она проводится международным консорциумом по секвенированию генома пшеницы (IWGSC), в котором состоят более чем 1000 участников из 57 стран. Консорциум должен представить референсную последовательность ДНК каждой из 21 хромосом мягкой пшеницы. Примерно то же, что в своё время было сделано по проекту «Геном человека» учёными из США, Китая, Франции, Германии, Японии и Великобритании.

Свой «участок» в глобальном пшеничном исследовании принадлежит и российскому коллективу, представляющему Институт цитологии и генетики СО РАН. Это 5B хромосома, на которой расположено много интересных генов, в том числе гены устойчивости к грибным заболеваниям. С этими генами, помимо общей, фундаментальной, связана и вполне прикладная задача российских исследователей – создание эффективной технологии выведения устойчивого к патогенам сорта пшеницы, который давал бы высокие урожаи в российских регионах.

«Линии пшеницы, в которых заключены такие гены устойчивости, известны, и они у нас есть. В частности, рассматриваем более двухсот генотипов пшеницы, с которыми работают селекционеры в Сибири и Казахстане. Одна из задач проекта – определение первичной структуры интересующих нас генов, чтобы точно подобрать к ним молекулярный маркер для более эффективного анализа линий, который будет использован в качестве инструмента для контролируемой селекции», – поясняет руководитель исследования, заведующая лабораторией молекулярной генетики и цитогенетики растений ИЦиГ СО РАН Елена Салина.

Пшеницу в данном проекте рассматривают как культуру с большим потенциалом. Но не в плане генной модификации, а касательно интеграции новых генов от дикорастущих сородичей.

По-научному это можно назвать хромосомной инженерией. Достигается желаемый эффект разными естественными способами, самый распространённый из них – скрещивание. Такой процесс, утверждает Елена Салина, протекает и в природе, ничего чужеродного, что не хотела бы «по доброй воле» в свой геном принимать пшеница, в неё не попадёт. Зато можно будет значительно удешевить, ускорить и в целом взять под контроль процесс селекции. В частности, перенос нужных генов от растений-доноров с использованием молекулярных маркеров будет происходить примерно в три раза быстрее, чем методами традиционного отбора, а сокращение полного цикла селекции от первой гибридизации до выхода сорта в производство ожидается в два раза. Новая пшеница, выведенная в таком ускоренном темпе, будет иметь генетическую защиту от агрессивных грибных заболеваний, например, бурой и стеблевой ржавчины, мучнистой росы, которые приводят к потере урожая пшеницы от 15 до 90 процентов в периоды, когда природа благоволит к распространению этих заболеваний.

Сами исследователи, впрочем, пока не ведут речь о создании идеального высокоурожайного и неуязвимого сорта пшеницы.

«Конечно, наука такой сорт никогда не создаст, – полагает Елена Салина. – На каждом этапе проекта мы ожидаем свой выход. В качестве примера, первый результат, который был получен буквально около года назад мировым сообществом по данным частичного секвенирование генома пшеницы – это разработка 90 000 SNP маркеров (маркеров однонуклеотидных полиморфизмов) и эффективных технологий их анализа, позволяющих проводить так называемую геномную селекцию. Это в свою очередь позволяет контролировать не только устойчивость заболевания, но и урожайность сорта. Конечный продукт, который мы должны представить по завершении нашего проекта, – структура генов и маркеры к ним, а также перечень растений – доноров. Сегодня, как показывает наш анализ, селекционные центры работают с ограниченным набором генов – источников устойчивости, мы для них расширяем арсенал. Через три года, когда закончим проект, все интересующие нас гены будут идентифицированы молекулярными методами, а потом верифицированы в процессе анализа гибридных популяций растений».

Выводить новые, «оптимальные» сорта пшеницы будут уже селекционеры. Лаборатория молекулярной генетики и цитогенетики растений сотрудничает по этому направлению с селекционными центрами и институтами бывшей РАСХН, а также с фирмами, специализирующимися на продаже семян. В том, что новые линии будут получены, учёные не сомневаются, правда, пока они не могут гарантировать, что фермеры должным образом воспримут «генетически устойчивую пшеницу»: возможно, по привычке, будут обрабатывать её химикатами, убеждая себя в том, что спасают урожай.

Проект «Разработка регламента детекции и маркирования новых генов комплексной устойчивости к грибным патогенам пшеницы на основе геномного секвенирования» поддержанФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014–2020 годы».