Расшифрован геном европейского картофеля: Учёные обнаружили малый генофонд с большими различиями

Картофель — основной продукт питания для более чем 1,3 миллиарда человек. Однако, несмотря на его важность для глобальной продовольственной безопасности, успехи в селекции были скромными. Некоторые из самых популярных сортов были выведены много десятилетий назад. Причина этого — сложный геном картофеля: в каждой клетке присутствует четыре копии генома вместо двух, что затрудняет традиционную гибридизационную селекцию.

Команда под руководством профессора Корбиниана Шнеебергера (LMU и Институт селекции растений Общества Макса Планка) совершила важный прорыв. Как сообщают исследователи в Nature, им удалось реконструировать геном десяти исторических сортов картофеля. На основе этого знания они разработали метод, который значительно упростит и ускорит реконструкцию других геномов картофеля.

В сотрудничестве с учёными из Вагенингенского университета, Института генетики растений и исследований культурных растений им. Лейбница (IPK) и Сианьского университета Цзяотун (Китай) команда отобрала исторические сорта, некоторые из которых культивировались уже в XVIII веке.

Целью было выяснить, какое генетическое разнообразие существует в этих картофелях, чтобы понять генетический потенциал современных сортов.

Ответ оказался неожиданным: генетический пул картофеля крайне ограничен. Десять изученных сортов охватывают около 85% генетической изменчивости всех современных европейских картофелей.

Эффект "бутылочного горлышка" после интродукции из Южной Америки

Исследователи объясняют эти результаты эффектами "бутылочного горлышка". Картофель был завезён в Европу из Южной Америки с XVI века. Количество различных индивидов было небольшим, и большинство не смогло адаптироваться к европейским условиям. Этот ограниченный генофонд был дополнительно сокращён болезнями. Самый известный пример — эпидемия фитофтороза в 1840-х годах, которая привела к катастрофическому неурожаю и голоду, особенно в Ирландии и других частях Европы.

В то же время исследование выявило — к удивлению учёных — что различия между отдельными копиями хромосом могут быть огромными.

"Поскольку генофонд так ограничен, разных хромосом не так много, но когда хромосомы всё же различаются, они расходятся до степени, никогда ранее не наблюдавшейся у культурных растений", — объясняет Шнеебергер. "Различия примерно в двадцать раз больше, чем у людей".

Эти различия, предположительно, возникли ещё до прибытия картофеля в Европу. Коренные народы Южной Америки начали одомашнивать картофель около 10 000 лет назад, и различия, вероятно, являются результатом скрещивания между дикими видами.

В завершение исследователи разработали новый подход для анализа геномов около 2000 сортов картофеля, зарегистрированных в Европейском союзе. Вместо трудоёмкой генерации данных для реконструкции генома, легко генерируемые данные сравниваются с уже известными геномами, чтобы определить, какие из известных хромосом присутствуют в сорте. Учёные показали, что их метод работает на примере сорта Russet Burbank (существующего с 1908 года и до сих пор являющегося стандартом для производства картофеля фри).

"Знание последовательностей генома лежит в основе многих подходов в селекции растений — от традиционной селекции до новейших методов геномного редактирования", — говорит Шнеебергер. "В будущем нам больше не придётся работать без этой информации".