Исследователи всесторонне изучили геномы всех семи видов, создав ресурс, который может помочь селекционерам растений найти гены диких арбузов, обеспечивающие устойчивость к вредителям, болезням, засухе и другим невзгодам, а также дальнейшее улучшение качества фруктов. Введение этих генов в культивируемый арбуз может дать высококачественные сладкие арбузы, которые смогут расти в более разнообразных климатических условиях, что будет особенно важно, поскольку изменение климата все больше ставит перед фермерами проблемы.
«Поскольку люди приручили арбуз в течение последних 4000 лет, они выбрали фрукты, которые были красными, сладкими и менее горькими», – сказал Чжанцзюнь Фей, преподаватель Института Бойса Томпсона и соруководитель международных усилий.
«К сожалению, по мере того, как люди делали арбузы слаще и краснее, фрукты утратили некоторые способности противостоять болезням и другим видам стресса», – сказал Фей, который также является адъюнкт-профессором Школы интегративных наук о растениях Корнельского университета.
Как описано в статье, опубликованной в Nature Genetics 1 ноября, исследователи сделали эти выводы, используя двухэтапный процесс.
Во-первых, они создали улучшенную версию «эталонного генома», которая используется учеными и селекционерами для поиска новых и интересных версий генов из их образцов.
Фэй был одним из руководителей создания первого эталонного генома арбуза с использованием культурного сорта Восточной Азии под названием «97103», который был опубликован в 2013 году.
«Этот первый эталонный геном был создан с использованием более старых технологий короткого секвенирования», – сказал Фей. «Используя современные технологии секвенирования с долгим считыванием, мы смогли создать геном гораздо более высокого качества, который станет лучшим ориентиром для сообщества арбузов."
Затем группа секвенировала геномы 414 различных арбузов, представляющих все семь видов.
Сравнивая эти геномы как с новым эталонным геномом, так и друг с другом, исследователи смогли определить эволюционные отношения между различными видами арбузов.
"Одним из важных открытий нашего анализа является то, что один дикий вид, широко используемый в текущих программах разведения, C. amarus – родственный вид, а не его предок, как считалось широко ", – сказал Фэй.
Действительно, исследователи обнаружили, что культивированный арбуз был одомашнен путем выделения горечи и увеличения сладости, размера плодов и цвета мякоти.
Современные сорта были улучшены за последние несколько сотен лет за счет увеличения сладости, вкуса и хрустящей текстуры. Исследователи также обнаружили области генома арбуза, которые можно было бы добывать, чтобы продолжать улучшать качество фруктов, например, делая их крупнее, слаще и хрустящей.
За последние 20-30 лет селекционеры скрестили культурный арбуз с родственным видом C. amarus и два других диких родственника, C. слизисто-спермус и C. colocynthis, чтобы сделать десертный арбуз более устойчивым к нематодным вредителям, засухе и болезням, таким как фузариозное увядание и мучнистая роса.
Эти виды улучшений с использованием диких родственников – вот что волнует Амнона Леви, генетика-исследователя и селекционера арбузов в этом университете.S.
Департамент сельского хозяйства, Служба сельскохозяйственных исследований, U.S. Овощная лаборатория в Чарльстоне, Южная Каролина. Леви является соавтором статьи и предоставил генетический материал для многих арбузов, использованных в исследовании.
«У сладкого арбуза очень узкая генетическая база», – говорит Леви. "Но среди диких видов существует большое генетическое разнообразие, что дает им большой потенциал для содержания генов, обеспечивающих им устойчивость к вредителям и стрессам окружающей среды."
Леви планирует сотрудничать с BTI, чтобы обнаружить некоторые из этих диких генов, которые можно было бы использовать для улучшения десертного арбуза, особенно для устойчивости к болезням.
«Арбуз подвержен многим тропическим болезням и вредителям, ареалы которых, как ожидается, будут продолжать расширяться вместе с изменением климата», – говорит Леви. "Мы хотим посмотреть, сможем ли мы вернуть некоторые из этих генов устойчивости к диким болезням, которые были потеряны во время одомашнивания."
Среди других соавторов были исследователи из Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук и Китайской академии сельскохозяйственных наук.
Исследование было частично поддержано фондами Инициативы по исследованию специальных культур Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США (2015-51181-24285) и Национального научного фонда США (IOS-1339287 и IOS-1539831).
В том же выпуске Nature Genetics Фей и его коллеги также опубликовали аналогичную статью, в которой анализируются 1175 дынь, включая сорта дыни и пади. Исследователи обнаружили 208 областей генома, которые были связаны с массой, качеством и морфологическими характеристиками плодов, которые могут быть полезны для выращивания дынь.
Ранее в этом году Фей, Леви и его коллеги опубликовали эталонный геном арбуза «Чарльстон Грей», принцип U.S. разновидность C. lanatus дополнит восточноазиатский геном 97103.