Первая полная генетическая карта мискантуса — перспективной энергетической культуры
Исследователи из Уэльса и США совместно создали первую высокоразрешающую, всеобъемлющую генетическую карту перспективной энергетической культуры мискантуса (Miscanthus sinensis). Результаты, опубликованные в рецензируемом онлайн-журнале PLoS One, представляют собой значительный прорыв в развитии производства биоэнергии.
Прорыв стал результатом долгосрочного сотрудничества между компанией Ceres, Inc. (Калифорния, США) и Институтом биологических, экологических и сельских наук (IBERS) Аберистуитского университета (Уэльс). Команда IBERS создала коллекцию генетически родственных растений, а Ceres провела секвенирование и анализ ДНК.
В опубликованной статье исследователи Ceres картировали все 19 хромосом мискантуса — высокого тростниковидного злака, который может использоваться как сырьё для передовых биотоплив, биопродуктов и биоэнергетики. Многолетний проект включал генерацию и анализ более 400 миллионов последовательностей ДНК, создав «чертёж» генетического алфавита растения.
Среди огромного массива данных исследователи обнаружили 20 000 генетических различий (маркеров), позволяющих отличать отдельные растения на основе небольших вариаций в их ДНК. Более 3500 из этих маркеров были использованы для создания генетической карты и ценны для целей селекции. В отличие от этого, ранее анонсированные проекты картирования обнаружили лишь около 600 маркеров и не полностью охарактеризовали структуру всех хромосом мискантуса, что является необходимым шагом для создания высокотехнологичной программы селекции растений.
Главный научный сотрудник Ceres Ричард Флавелл отметил, что быстрое улучшение селекции, возможное благодаря этому проекту, необходимо для более широкого использования мискантуса как энергетической культуры. Хотя его два десятилетия выращивают в Европе в небольших масштабах (в основном для генерации электроэнергии), крупномасштабное коммерческое производство в настоящее время экономически нецелесообразно из-за высоких затрат и малого количества коммерчески доступных сортов.
«Определяя генетическое разнообразие в наших коллекциях зародышевой плазмы с помощью новых ДНК-маркеров, мы можем быстрее внедрять важные признаки культуры в наши новые, размножаемые семенами продукты мискантуса», — сказал Флавелл. В отличие от популярного сегодня вегетативно размножаемого мискантуса, семенные типы от Ceres потребуют значительно меньше времени, усилий и средств для селекции под разные среды и для выращивания. Ceres уже оценивает улучшенные семенные сорта в нескольких локациях.
Руководитель группы биоэнергетики IBERS Иэн Доннисон отметил, что проект картирования также дал большее понимание того, как геном мискантуса соотносится с другими хорошо изученными культурами. Ранее большинство исследований мискантуса было сосредоточено на полевых испытаниях, и о его генетике было мало известно.
«Совместная программа разработки мискантуса с Ceres дала новое понимание эволюции вида, а также сходств и различий в популяциях из разных стран и сред. Эта богатая библиотека информации создавалась десятилетиями для других культур, но с помощью современной биологии и геномных технологий Ceres и IBERS создали, как я считаю, одну из самых комплексных в мире программ селекции мискантуса на основе маркеров», — сказал Доннисон.
Совместное исследование получило финансирование в рамках Центра устойчивой биоэнергетики Совета по биотехнологическим и биологическим исследованиям (BBSRC BSBEC). Это инновационное академическо-промышленное партнёрство поддерживает развитие важного и新兴 (emerging) сектора биоэнергетики. Ceres и IBERS являются contributing members BSBEC.
Профессор Дуглас Келл, глава BBSRC, отметил: «Это партнёрство вносит значительный вклад в создание устойчивого сырья для возобновляемой энергии и других биопродуктов. Генетическая карта прокладывает путь к селекционным улучшениям для увеличения количества захватываемого солнечного света, объёма усваиваемого углерода за сезон и распределения углерода в собираемой биомассе. Это исследование — важный шаг к повышению урожайности био-сырья без увеличения затрат».
«Сотрудничество между IBERS и Ceres — отличный пример того, как индустрия и академия могут работать вместе для увеличения коммерческого потенциала исследовательских ресурсов Великобритании как внутри страны, так и на международном уровне», — сказал Келл.