Генетика батата: как дозировка аллелей определяет признаки культуры

Батат — важнейшая сельскохозяйственная культура, которая кормит миллионы людей по всему миру. Однако его сложная генетика затрудняет для селекционеров понимание и улучшение таких признаков, как урожайность, устойчивость к болезням и питательная ценность. Новое исследование раскрывает важность использования "дозировок аллелей" в селекции батата.

"Батат — гексаплоид, то есть у него шесть копий каждой хромосомы, в отличие от диплоидных культур, таких как томат или рис, у которых их две", — пояснил Чжанцзюнь Фэй, профессор Института Бойса Томпсона и один из ведущих авторов исследования.

"Эта генетическая сложность обеспечивает большее разнообразие и адаптивность, но затрудняет селекцию. В отличие от диплоидных культур, где единичные генетические изменения могут иметь заметный эффект, для батата требуется более тонкий подход".

Исследователи создали детальную карту генетических вариаций, проанализировав 294 сорта батата. Эта карта учитывала не только наличие генов, но и количество копий благоприятных вариантов в каждом растении. Было обнаружено, что различия в дозировке аллелей значительно влияют на важные сельскохозяйственные признаки, такие как вес корнеплода, архитектура растения и цвет мякоти.

Исследование показало, что успешные селекционные программы со временем неосознанно отбирали растения по дозировке аллелей. Современные сорта батата, как правило, имеют больше копий полезных аллелей по сравнению со своими предками, что объясняет, почему сегодняшние культуры в целом лучше.

Исследование было сосредоточено на Китае, который производит более половины мирового урожая батата. Учёные выяснили, что китайские селекционеры особенно преуспели в отборе сортов с оптимальным количеством копий генов для желаемых признаков, таких как больший размер клубневого корня и лучший рост в условиях скученности.

В ходе работы учёные идентифицировали важный ген-кандидат IbEXPA4, который предположительно влиял на вес клубневого корня. Проведя серию экспериментов, они обнаружили, что при подавлении IbEXPA4 корень батата вырастал крупнее, что подтвердило влияние гена на размер.

Исследование, недавно опубликованное в Nature Plants, также показало, как вариации последовательности изменяют экспрессию гена Orange, регулирующего цвет мякоти. Понимание этого механизма может помочь селекционерам в создании батата с улучшенной питательной ценностью, например, с повышенным содержанием бета-каротина.

Это новое понимание позволит селекционерам создавать улучшенные сорта батата, регулируя дозировки аллелей в определённых участках генома. В мире, где продовольственная безопасность становится всё более актуальной проблемой, эта работа может способствовать созданию высокоурожайных, питательных и устойчивых сортов сельскохозяйственных культур.