Раскрытие 150-летней истории селекции ячменя для пива в Японии

Ячмень — важная культура, используемая как источник пищи, корм для скота и сырьё для солода. В Японию он попал из Китая и Корейского полуострова около 2000 лет назад. До 1880-х годов все японские сорта были шестирядными и использовались в пищу.

После Реставрации Мэйдзи Японии потребовалось создать собственную пивоваренную промышленность. Для снабжения сырьём были завезены западные двухрядные сорта пивоваренного ячменя. Началась селекция новых сортов, адаптированных к суровому климату и местным болезням.

В последнее время урожаи ячменя в Японии серьёзно страдают от вируса жёлтой мозаики ячменя (BaYMV). Большинство местных шестирядных сортов устойчивы к нему, но завезённые западные двухрядные — высоковосприимчивы. Для выведения устойчивых сортов селекционеры используют гены устойчивости, такие как rym5 и rym3.

Однако возникли опасения, что интенсивная селекция на устойчивость могла снизить генетическое разнообразие двухрядных пивоваренных сортов. Чтобы оценить его, международная группа учёных под руководством профессора Сина Такэты проанализировала экспрессию генов и однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) у двух современных японских сортов — 'Sukai Golden' и 'Sachiho Golden'. Для этого секвенировали РНК из 20-дневных незрелых семян.

Исследование, опубликованное в Breeding Science, показало, что эти два сорта обладают уникальными и контрастными характеристиками, связанными с качеством солода и ген(ами) устойчивости к BaYMV. Учёные обнаружили 2419 специфичных SNP у 'Sukai Golden' и 3058 — у 'Sachiho Golden', что является высоким показателем.

Ключевые генетические находки:

• У 'Sukai Golden' выявлены два кластера SNP, указывающие на включение гена устойчивости rym5 (на длинном плече хромосомы 3H) и гена ant2 (отвечающего за отсутствие антоциана, на длинном плече 2H).
• Ген устойчивости rym3 от сорта 'Haganemugi' был картирован в проксимальной области хромосомы 5H.
• Анализ гаплотипов предков показал, что этот ген rym3 был независимо внедрён в геномы 'Sukai Golden' и 'Sachiho Golden'.

Профессор Такэта отмечает, что исследование выявило ключевые следы японской селекции в геномах современных сортов. Селекция пивоваренного ячменя началась около 150 лет назад с импорта западных сортов. Однако жаркий влажный климат и вирусные болезни почвы препятствовали их успешному выращиванию. Потребовалась гибридизация с устойчивыми восточноазиатскими сортами, которые, однако, имели нежелательные пивоваренные качества. Балансирование между устойчивостью и качеством солода было крайне сложной задачей.

Изучение транскриптомов незрелых семян элитных сортов даёт важную информацию для улучшения качества семян и устойчивости к BaYMV. Профессор Такэта подчёркивает, что повторные скрещивания и жёсткий отбор позволили создать сорта, адаптированные к суровым японским условиям.

Вывод: Исследование подчёркивает важность разработки долгосрочных стратегий для предотвращения потери эффективности генов устойчивости к ячменю при появлении новых штаммов вируса. Необходимы эффективные стратегии для длительного использования ограниченного набора генов устойчивости к вирусам.