В родословной одомашненного арахиса нашли следы дикорастущего вида

Показан значительный вклад одного из дикорастущих видов арахиса (Arachis cardenasii) в геном культурного вида Arachis hypogaea. Гибридизация, проведенная в 1960-х годах, значительно повысила устойчивость одомашненного арахиса к заболеваниям.

Credit:

katerynabibro | 123rf.com

Международная группа под руководством ученых из Университета Джорджии (США) проанализировала геномы двух видов рода Arachis: A. cardenasii и A.hypogaea. Фундаментальная проблема большинства сельскохозяйственных культур — сниженное генетическое разнообразие сортов и как следствие, низкая устойчивость к инфекциям. Поэтому дикие родственники культурных растений очень ценны: они могут значительно повысить приспособленность культурных сортов.

Ранее те же исследователи опубликовали референсный геном A. cardenasii GKP 10017 (секвенирование по протоколу PacBio с покрытием около 43X). У них возникло предположение, что бразильские сорта приобрели устойчивость к патогеном благодаря гибридизации с этим видом.

В новом исследовании авторы проанализировали 256 образцов дикорастущих экземпляров рода Арахис почти из всех ботанических коллекций, представляющих 31 диплоидный вид этого таксона. (Культурный арахис, в отличие от дикорастущих видов, тетраплоиден, он поддерживает почти полные наборы хромосом от двух предковых диплоидных видов, и это ограничивает возможность скрещивания с дикими родственниками.) Девятнадцать образцов относилось к виду A. cardenasii. Кроме того, проанализировали 383 образца вида A. hypogaea из коллекции US Core.

Вклад дикорастущего A. cardenasii в геном культурного A. hypogaea определялся по характеристическим однонуклеотидным полиморфизмам (SNP), полученным с чипов Axiom Arachis Genotyping Array, а также по данным полногеномного секвенирования. Такой анализ позволял обнаружить сегменты хромосом дикорастущего вида A.  cardenasii в геномах сортов арахиса.

Авторы идентифицировали более 250 сортов, происходящих от гибридов с A. cardenasii: эти сорта были обнаружены в Африке, Азии, Океании и Америке. Отследить генетическое влияние дикого вида на культурные сорта спустя полвека было сложной задачей. В записях о некоторых сортах примесь дикого вида уже не была отражена, а другие, возможно, возникли незапланированным путем, например, в результате перекрестного опыления.

Исследователи продемонстрировали значительный вклад A. cardenasii GKP 10017 в рост урожайности арахиса и сокращение использования фунгицидов. Сложная межвидовая гибридизация, которая привела к появлению улучшенных сортов, проводилась в 1960-е годы: A. cardenasii уже тогда был идентифицирован как источник устойчивости к болезням. Потомки устойчивых к нематодам гибридов, полученных в Техасском университете, выращиваются в основном на территории США. Гибриды, созданные в Университете Северной Каролины, распространились по всему миру в рамках программ по обмену семян культурных растений. Многие из них демонстрируют устойчивость к грибковым заболеваниям.

«Мы показали глобальные преимущества, связанные с интродукцией одного дикого вида в арахисоводство десятилетия назад. В этой работе подчеркивается важность биоразнообразия для улучшения сельскохозяйственных культур: сорта арахиса с генетическим вкладом дикого вида обеспечили большую безопасность продукта и сокращение использования фунгицидных аэрозолей», — пишут авторы. Сегодня ботанические коллекции и традиции обмена семенами резко сократились, и, по их мнению, это произошло после вступления в силу Конвенции о биологическом разнообразии 1993 года. Парадоксальным образом, Конвенция осложнила сбор биоматериалов и свободного обмена, а не способствовала им, из-за бюрократизации, политизации и страхов перед «биопиратством». В интересах мировой продовольственной безопасности возобновить прежние традиции, подчеркивают авторы.

Источник

D. J. Bertioli et al. Legacy genetics of Arachis cardenasii in the peanut crop shows the profound benefits of international seed exchange // Proceedings of the National Academy of Sciences p. 9. Published online 13 September 2021. DOI: 10.1073/pnas.2104899118

Добавить в избранное

Вам будет интересно