Исследование, опубликованное в академическом журнале Genome Research, выявило закономерности в наборах данных, собранных о рисовых растениях в Азии, сказал Цзяньмин Ю, профессор агрономии и заслуженный председатель кафедры селекции кукурузы. Эти шаблоны позволили исследователям разработать матрицу, которая поможет им предсказать особенности рисовых растений в зависимости от их генетики и среды, в которой они выращиваются.
По словам Юя, исследование может улучшить способность фермеров прогнозировать, как сорта сельскохозяйственных культур будут работать в различных средах, давая производителям лучшее ощущение стабильности и минимизируя риски.
«Характеристики организма определяются сочетанием его генома, окружающей среды и обстоятельств, уникальных для этого организма», – сказал Тинтин Го, первый автор статьи и ученый-исследователь в области агрономии. "Это все сложные факторы. Мы пытаемся понять, как глубже понять процесс, чтобы двигаться вверх по пирамиде данных: информация, знания и мудрость. Точное предсказание черт характера – естественное продолжение применения этой мудрости."
В исследовании были проанализированы данные 174 растений риса, выращенных в девяти различных средах по всей Азии. Исследователи проанализировали набор данных, используя методы, которые они ранее разработали для сорго, и обнаружили, что температура на ранней стадии роста растений играет важную роль в определении продолжительности цветения рисовых растений, называемой временем цветения.
В сочетании с геномными данными исследователи использовали это наблюдение для разработки индекса по температурному профилю между девятью и 50 днями после посадки, чтобы предсказать время цветения.
Анализ можно применить к другим культурам
Результаты исследования зависят от способности исследователей применять инновационные методы анализа к большим, ранее доступным наборам данных, а не генерировать новые данные.
«Нашей отправной точкой были данные, которые уже существовали», – сказал Сианьран Ли, адъюнкт-профессор. "Но мы потратили свое время на извлечение новой информации из этих данных и предприняли следующий важный шаг, чтобы изучить связь с гораздо большим набором данных."
Анализ также выявил закономерности в географическом распределении определенных генетических гаплотипов риса или наборов комбинаций ДНК, которые, как правило, наследуются вместе, среди примерно 3000 различных растений риса.
По словам Го, эти географические закономерности демонстрируют преимущественную адаптацию к различным температурным зонам. Согласно исследованию, в регионах с более низкой температурой преобладали гаплотипы, чувствительные к изменениям температуры, в то время как экваториальная область имела большинство гаплотипов, которые менее чувствительны к температуре.
Ю и его коллеги применили свои методы анализа данных к растениям сорго и риса, и он сказал, что аналогичные подходы следует перенести и на кукурузу и сою.
По словам Юя, фундаментальный вопрос, мотивирующий исследование, заключается в том, как сложное взаимодействие генотипа и окружающей среды приводит к фенотипической изменчивости.
Команда предложила концептуальную модель для объединения гена и окружающей среды.
"Пришло время включить неотъемлемый экологический контекст в то, как мы определяем влияние генов и генных сетей.
Эта модель устраняет пробелы между различными исследованиями в области открытия отдельных генов, фенотипической пластичности на полевом уровне, а также геномного разнообразия и адаптации ", – сказал Ю. «Мы думаем, что эта концептуальная модель также служит широкой основой для продвижения селекции растений."
Финансирование исследований было получено от Института растениеводства ISU и ISU Raymond F. Бейкерский центр селекции растений.