Генетическое открытие — новый инструмент в борьбе с вредителями пшеницы
Заражения зеленой тлей (greenbug) и гессенской мухой (Hessian fly) могут значительно снижать урожай и качество пшеницы в Техасе и по всему миру. Селекция на устойчивость к этим двум вредителям с помощью маркер-опосредованного отбора получила новый инструмент благодаря исследованию Texas A&M AgriLife Research.
Поскольку генетика — наиболее экономичная стратегия минимизации потерь, генетик AgriLife Research д-р Шую Лю два года назад начал поиск удобных для селекционеров маркеров для этих двух насекомых. Это продолжение текущей генетической работы по устойчивости к насекомым.
За годы в пшенице и её родственниках было идентифицировано несколько генов устойчивости к зеленой тле на основе их дифференциальных реакций на разные биотипы (от A до K). Существует также 18 биотипов гессенской мухи, и поскольку она способна преодолевать гены устойчивости в сортах пшеницы за счет мутаций, необходимо выявлять и использовать гены устойчивости из различных источников для селекции.
Ученые используют генетические маркеры для идентификации регионов, где на конкретном растении находятся определенные гены. Лю идентифицировал «окрестности» или маркеры для гена устойчивости к зеленой тле Gb7 и гена устойчивости к гессенской мухе H32 в пшенице.
Работа Лю была недавно опубликована в Theoretical and Applied Genetics Journal of Plant Breeding Research, где детально описана разработка KASP-анализов (Kompetitive Allele Specific Polymerase Chain Reaction) для обоих генов.
Оба гена были идентифицированы в ходе предыдущих исследований, и с ними были сцеплены маркеры, но методы их обнаружения не были хорошо приспособлены для маркер-опосредованного отбора при оценке тысяч растений.
Эффективные молекулярные маркеры, тесно сцепленные с целевыми генами, — ключ к успеху маркер-опосредованного отбора по таким признакам, как устойчивость к зеленой тле и гессенской мухе. Например, селекционер обычно скринирует тысячи селекционных линий, и KASP действует как флаг, указывающий на наличие необходимых генов в конкретной линии.
Благодаря работе Лю оба гена теперь можно легко переносить в новую линию пшеницы с помощью маркер-опосредованного отбора.
Гены Gb7 и H32 обнаружены в синтетической пшенице W7984, которая является родительской линией для картирующей популяции, используемой исследователями пшеницы во всем мире. Синтетические пшеницы — искусственные гибриды между твердой (макаронной) пшеницей и Aegilops tauschii. Эти исходные скрещивания открывают доступ к генам диких родственников пшеницы, увеличивая полезное генетическое разнообразие для селекционеров, улучшающих сорта озимой пшеницы.
Картирующая популяция была создана более 10 лет назад Международной инициативой по картированию тритикума (ITMI), но до сих пор ни один из этих генов не использовался в селекционных программах для устойчивости.
Например, сорт TAM 114, новый и набирающий популярность сорт пшеницы Texas A&M, не имеет устойчивости к зеленой тле и обладает лишь ограниченной устойчивостью к гессенской мухе.
«Но с этими новыми знаниями селекционеры могут скрещивать с TAM 114, сохраняя его превосходное качество для конечного использования, и улучшать его с помощью генов Gb7 и H32. Это сделает новую линию более адаптированной к регионам, где гессенская муха является проблемой».
Путем скрещивания линий пшеницы с идентифицированными KASP-маркерами процесс создания чистой линии с выбранными свойствами может быть гораздо более точным.
Лю начал поиск этих маркеров, потому что селекционная программа TAM активно использует синтетический гермоплазм, поэтому маркеры будут быстро внедрены.
Для достижения этого результата Лю использовал маркеры генотипирования путем секвенирования (genotype-by-sequencing), разработанные другими исследовательскими группами. В конечном итоге KASP-маркеры были валидированы с использованием набора синтетических линий пшеницы. Каждая линия этой картирующей популяции была проверена на реакцию на зеленую тлю и гессенскую муху двумя центрами Службы сельскохозяйственных исследований USDA.
«Мы определили, что они очень эффективны во многих генетических фонах. Генетическое разнообразие и генетический прогресс всегда важны для селекционеров пшеницы».