Определены ключевые гены свитчграса, что может улучшить производство биотоплива
Биологи на шаг приблизились к давней цели — сделать широко распространенное и дешевое растение источником энергии и топлива. Одно из будущих оружий в борьбе с изменением климата может вести свою родословную с обочин техасских шоссе.
Исследователи из Техасского университета в Остине, Института биотехнологий ХадсонАльфа, Министерства энергетики США (DOE) и других учреждений опубликовали комплексный геномный анализ свитчграса — перспективной культуры для производства биотоплива.
Команда связала различные гены с лучшей производительностью в разных климатических условиях Северной Америки. Это дает ученым «дорожную карту» для выведения высокоурожайных сортов свитчграса, адаптированных к текущим и будущим климатическим условиям США. Оптимизация свитчграса для эффективного роста в разнообразных средах — ключевой компонент его успеха в качестве сырья для биотоплива.
Результаты опубликованы в журнале Nature.
Поиск улучшенного свитчграса начался более десяти лет назад в лаборатории Техасского университета под руководством Тома Юнгера, профессора интегративной биологии и одного из авторов статьи. Запрашивая образцы из коллекций Министерства сельского хозяйства США, он заметил недостаток разнообразия. Поэтому он и его тогдашний постдок Дэвид Лоури отправились собирать свои.
«Изначально многие из этих коллекций появились благодаря тому, что мы ездили на пикапе с лопатой, выкапывали растения на обочинах дорог или в парках, где у нас были разрешения», — сказал Лоури, соавтор статьи, ныне доцент кафедры биологии растений в Университете штата Мичиган.
Свитчграс — выносливый многолетник с глубокими корнями, растущий по всей стране от Канады до Мексики и являющийся важным компонентом высокотравных прерий центральной части Северной Америки. В некоторых районах он может достигать высоты 12 футов и используется для борьбы с эрозией, в качестве укрытия для дичи и иногда как корм для скота.
Но его самое важное применение может быть в качестве источника биотоплива, что критически важно для снижения уровня углерода в атмосфере и борьбы с изменением климата. Конечная цель исследования — вывести высокоурожайные сорта свитчграса, адаптированные к одному или нескольким из множества различных климатов и экорегионов США.
Юнгер, Лоури и коллеги из Института биотехнологий ХадсонАльфа и Объединенного института генома DOE создали 10 идентичных садов в восьми штатах, где выращивали клоны более 1000 образцов свитчграса, собранных по всей Северной Америке. Они секвенировали генетическое разнообразие этих образцов и собрали высококачественную референсную геномную последовательность для сравнения. Затем они задокументировали, какие сорта процветали и где, сопоставив участки их геномов с конкретными признаками, которые эволюционировали на протяжении тысячелетий для адаптации к конкретным климатам континента.
«В итоге мы обнаружили три очень разные популяции свитчграса из трех регионов США, каждая из которых имела свой набор адаптаций к климату», — сказала Элис Маккуин, первый автор статьи и научный сотрудник Техасского университета в Остине. «Это означает, что существует несколько потенциальных эволюционных путей для адаптации растений свитчграса к конкретным климатическим условиям».