Okazuje się, że genom kukurydzy jest zarówno duży – prawie tak duży jak ludzki – i niezwykle złożony. Pierwsza wersja robocza, opublikowana w 2009 roku, zawierała wiele brakujących fragmentów i luk. Naukowcy nie byli w stanie ustalić właściwej kolejności innych segmentów.

W zeszłym miesiącu międzynarodowy zespół, w skład którego wchodził naukowiec z University of Nebraska-Lincoln, opublikował pierwszą kompletną mapę genomu kukurydzy, co ma pomóc naukowcom w stworzeniu narzędzi do lepszego przewidywania, które nowe odmiany kukurydzy będą się dobrze sprawować w różnych warunkach wzrostu.

James Schnable, profesor na wydziale agronomii i ogrodnictwa UNL, powiedział, że opracowanie nowej hybrydy kukurydzy zajmuje zwykle od siedmiu do dziesięciu lat. Aby je przetestować, naukowcy hodują je w wybranych środowiskach. On i jego współpracownicy mają dostęp do działek testowych od granicy Nebraski i Wyoming do rzeki Mississippi.

Powiedział jednak, że środowisko, z którym muszą pracować rolnicy, zmienia się tak szybko z powodu zmieniającego się klimatu i przepisów oraz rosnących kosztów nawozów, że odmiany, nad którymi pracują dziś naukowcy, są testowane w zupełnie innym środowisku niż to, w którym będzie musiała pracować uprawa. pod Nebraską 2030.

Nowa mapa, zawierająca pełniejsze informacje o genach, które pomagają określić, jak rośliny reagują na różne środowiska i praktyki uprawy, pomoże im wyprzedzić grę, powiedział Schnable.

„Zamiast celować dzisiaj w cel, prowadzimy go” – powiedział. „Celujemy tam, gdzie będzie cel, gdy te hybrydy pojawią się na rynku”.

Zespół opublikował swoje odkrycia w czasopiśmie Nature Genetics w połowie czerwca.

Międzynarodowy projekt powstał z udziałem chińskich badaczy i obejmował naukowców z Iowa State University. Schnable zna Jinsheng Lai, chińskiego naukowca i głównego autora artykułu, od ponad dziesięciu lat, od czasu, gdy Schnable był pracownikiem naukowym z tytułem doktora w Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych.

„Kiedy robisz takie rzeczy, docierasz do ludzi z całego świata, aby złapać ludzi z różnymi zestawami umiejętności, których potrzebujesz”, powiedział Schnable, który specjalizuje się w biologii obliczeniowej.

Technologia dostępna po ukończeniu pierwszego szkicu genomu kukurydzy pozwoliła naukowcom zidentyfikować znaczną część materiału genetycznego rośliny, który odgrywa kluczową rolę w określaniu cech fizycznych, wzrostu i zdrowia rośliny.

Ale wiele regionów było wtedy zbyt skomplikowanych, by można je było rozszyfrować. Jedno wyzwanie: około 85% genomu kukurydzy składa się z tak zwanych skaczących genów, powtarzalnych sekwencji poruszających się po genomie.

„Wyobraź sobie układankę, w której 85% układanki to małe wielobarwne skały, które wszystkie wyglądają tak samo” – powiedział Schnable. „Próbujesz dowiedzieć się, które elementy pasują do których”.

Mówiąc dokładniej, naukowcy mogli czytać tylko małe fragmenty czteroliterowego kodu genetycznego na raz, każdy o długości od 1000 do 2000 liter. Musieli dowiedzieć się, w jaki sposób elementy nakładają się na siebie i ułożyć je w układance złożonej z około 2,3 miliarda liter.

Jednak dzięki dzisiejszej technologii mogliby uzyskać kawałki o długości bliższej 50 000 liter – lub par zasad. Ułatwiło to składanie elementów.

„Ponieważ technologia stała się lepsza, jesteśmy w stanie dowiedzieć się, co znajduje się w lukach, co pozwala nam złożyć wszystkie elementy we właściwej kolejności od początku do końca każdego chromosomu” – powiedział.

Na przykład w pierwotnym badaniu naukowcom udało się zmapować złożone centra tylko dwóch z 10 chromosomów kukurydzy. Międzynarodowy zespół był w stanie uporządkować środkowe wszystkie 10.

Większe kawałki pozwoliły również naukowcom na posortowanie oddzielnych regionów genów, które wyglądały tak podobnie, że zostały zwinięte na wcześniejszej mapie. Te kawałki mogą robić różne rzeczy w określaniu, jak roślina rośnie. Głównym celem programu badawczego Schnable jest zrozumienie podstaw genetycznych, które określają, dlaczego różne odmiany kukurydzy reagują inaczej w różnych środowiskach – niektóre radzą sobie dobrze we wschodniej Nebrasce, inne rosną lepiej na zachodzie. Niektóre rosną dobrze przy mniejszej ilości nawozu azotowego, inne wymagają więcej.

Schnable zauważył, że projekt mapowania genomu wiąże się z długą historią uniwersytetu w genetyce kukurydzy. Około 1900 roku genetyk kukurydzy Rollins A. Emerson wykonał pionierską pracę jako członek wydziału w Nebrasce, odkrywając na nowo prawa dziedziczenia genetycznego ustanowione przez Gregora Mendla.

Emerson został później profesorem na Uniwersytecie Cornell, aw latach dwudziestych XX wieku służył jako mentor George’a Beadle’a, pochodzącego z Nebraski i absolwenta Cornhusker, który w 1958 roku otrzymał Nagrodę Nobla za swoją pracę w dziedzinie genetyki. Biuro Schnable znajduje się w Beadle Center UNL, które nosi imię Beadle. Emerson była później mentorką Barbary McClintock, która odkryła skaczące geny i stała się jedną z nielicznych kobiet, które zdobyły niedzielną nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w 1983 roku.

Schnable powiedział, że po ukończeniu mapy genomu kukurydzy naukowcy będą mogli badać i określać funkcję poszczególnych genów, które nie zostały zidentyfikowane w poprzednich badaniach genomu kukurydzy.

Dobrą wiadomością jest to, że mają już informacje o tym, jak setki, a nawet tysiące odmian kukurydzy radzą sobie w różnych środowiskach oraz zestaw danych sekwencji ekspresji genów z 750 różnych linii.

„Możemy to natychmiast wziąć i rozpocząć dostosowywanie do tego nowego genomu i uzyskać wszystkie nowe odkrycia bez cofania się i ponownego przeprowadzania wszystkich eksperymentów terenowych” – powiedział. „Po prostu ponownie analizujemy nasze dane za pomocą tego nowego, lepszego odniesienia, na którym możemy zbudować… Naprawdę fajnie jest widzieć, jak to się robi”.