Картирование 26 геномов подробно описано в статье, опубликованной в журнале Science, и Мэтью Хаффорд, первый автор исследования и доцент кафедры экологии, эволюции и биологии организмов в Университете штата Айова, сказал, что геномы помогут ученым соединиться воедино. загадка генетики кукурузы. Используя эти новые геномы в качестве эталонов, ученые-растениеводы могут лучше выбирать гены, которые могут привести к повышению урожайности или устойчивости к стрессу.
«Это позволяет вам получить гораздо более точное понимание того, что движет вариацией черт», – сказал Хафффорд. "Если заводчик действительно хочет выбрать правильную вариацию, чтобы произвести признак, который ему интересен, и у него есть только туманное представление о генетических причинах вариации этого признака, он работает со связанными за спиной руками.
Итак, мы даем им гораздо больше информации, чтобы продолжить."
Первым геномом кукурузы, который был нанесен на карту, была генетическая линия, известная как B73, линия, разработанная в штате Айова. Патрик Шнабл, директор Института растениеводства ISU; и Дорин Уэр, адъюнкт-профессор лаборатории Колд-Спринг-Харбор и научный сотрудник Министерства сельского хозяйства США, возглавили работу по сборке генома, которая была завершена в 2009 году. С тех пор B73 служил основным эталонным геномом кукурузы, и несколько дополнительных геномных сборок стали доступны только в последние несколько лет.
Это означает, что у ученых есть ограниченное понимание генетических последовательностей в других геномах кукурузы, которых нет в B73.
«В то время как первый геном был бесценен, так как предоставлял начальный список частей и частичную схему соединений, мы знали, что он не был полным», – сказал Уэр. "Было крайне важно разработать другие ссылки на геном, чтобы понять генетическую архитектуру, лежащую в основе важных сельскохозяйственных признаков."
Но 26 геномов, нанесенных на карту в новом исследовании, охватывают широкий спектр генетического разнообразия, от попкорна до сладкой кукурузы и полевой кукурузы в различных географических и экологических условиях. Это предоставляет гораздо больше справочных данных для ученых, исследующих генетику кукурузы в поисках целей, которые могут привести к повышению урожайности.
Генетическое разнообразие представляет собой проблему
Хаффорд сказал, что огромное генетическое разнообразие кукурузы создает серьезные препятствия для сборки новых геномов. Он сказал, что 85% генома кукурузы состоит из мобильных элементов или шаблонов, которые повторяются во всем геноме. Хафффорд сравнил эти сменные элементы с головоломкой, в которой подавляющее большинство частей – одного цвета.
Из-за всех этих повторений сложно понять, как детали подходят друг к другу.
«Если вы не можете найти уникальный цвет или форму, которые подскажут вам, куда положить пазл, вы попали в мир боли», – сказал Хафффорд. "Но если вы получите кусочки пазла немного большего размера с уникальными характеристиками, это упростит процесс."
По словам Хафффорда, технологические достижения предоставили исследователям только инструменты, необходимые для преодоления этих препятствий. Новая технология секвенирования позволяет считывать более длинные последовательности, а это означает, что части головоломки больше и с большей вероятностью содержат подсказки, которые позволят ученым правильно расположить их.
По словам Хафффорда, новая технология может даже позволить сборку пангенома или геномного эталона, который охватывает все разнообразие, присутствующее в кукурузе. Он назвал такие усилия "следующим рубежом" этого направления исследований.
Исследование финансировалось Программой исследования генома растений Национального научного фонда. В этот документ вошли в общей сложности 46 авторов из лабораторий Хафффорда и Цзяньминга Ю в штате Айова и нескольких других организаций, включая MaizeGDB, геномную базу данных, финансируемую Министерством сельского хозяйства США, также в штате Айова; группа ведущего главного исследователя Келли Доу в Университете Джорджии; соучредитель группы Дорин Уэр в Министерстве сельского хозяйства США; Лаборатория Колд-Спринг-Харбор в Нью-Йорке и соучредитель группы Кэндис Хирш в Университете Миннесоты.