Международная команда секвенировала геном мискантуса — перспективной биоэнергетической культуры
Международная исследовательская группа впервые секвенировала полный геном декоративной разновидности мискантуса — многолетнего дикого злака, который считается перспективным источником биомассы для устойчивого производства биотоплива.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, было проведено учёными из Центра инноваций в области передовой биоэнергетики и биопродуктов (CABBI) при Министерстве энергетики США (DOE). Руководили проектом профессор Калифорнийского университета в Беркли Дэниел Роксар и исследователь из Института биотехнологий ХадсонАльфа Канкшита Сваминатан.
Почему мискантус важен?
- Принадлежит к семейству злаков Andropogoneae, куда также входят кукуруза, сорго и сахарный тростник.
- Обладает высокой адаптивностью: растёт на маргинальных землях, требует мало удобрений, устойчив к засухе и холоду.
- Использует эффективный C4-тип фотосинтеза.
- Является многолетником — после посадки урожай можно собирать много лет подряд.
Ключевые результаты исследования
- Геномный инструментарий: Секвенирование Miscanthus sinensis дало основу для системного улучшения желаемых признаков растения.
- Атлас экспрессии генов: Учёные составили каталог генов, которые включаются и выключаются в разных частях растения (листьях, стеблях, корневище) в течение его сезонного жизненного цикла. Это выявило новые регуляторы многолетности.
- Гены ремобилизации питательных веществ: Обнаружена группа генов, отвечающих за цикл перемещения питательных веществ. Осенью азот и другие вещества из отмирающих листьев отправляются в корневище для хранения зимой, а весной используются для нового роста, что снижает потребность в удобрениях.
- Происхождение генома: Анализ показал, что мискантус является «палео-аллотетраплоидом». Это означает, что он возник в результате древней гибридизации двух вымерших видов около 2 миллионов лет назад, а не из-за удвоения хромосом внутри одного вида, как у сахарного тростника.
Практическое значение
- Геном послужит платформой для понимания генетического разнообразия мискантуса и создания оптимальных гибридов, адаптированных к разным регионам.
- Данные об экспрессии генов помогут понять молекулярные механизмы, благодаря которым корневище мискантуса запасает сложные углеводы (в отличие от сахарного тростника и сорго, запасающих сахар).
- Инструментарий позволит применять методы генного редактирования (например, CRISPR) для улучшения урожайности биомассы и других важных признаков.
Исследование стало результатом многолетних междисциплинарных усилий десятков учёных из США, Европы и Азии. Проект был реализован в рамках центра CABBI, который объединил данные по геномике, экспрессии генов и коллекции разнообразных линий мискантуса.