Międzynarodowy zespół naukowców odblokował analizę genomową na dużą skalę Setaria lub proso wyczyszczone , ważna uprawa zbóż. Badanie, prowadzone przez naukowców z Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych, w tym naukowców z NYU, pogłębia naszą wiedzę na temat udomowienia i ewolucji prosa, a także genetycznych podstaw ważnych cech rolniczych.

„Proso proso jest uważane za podstawę wczesnej cywilizacji chińskiej” – powiedział Michael Purugganan, srebrny profesor biologii na NYU i NYU Abu Dhabi oraz współautor badania. „Ponadto, ponieważ jest to roślina uprawna, która może rosnąć w wielu różnych środowiskach – w tym na suchych terenach – może być ważna dla bezpieczeństwa żywnościowego w warunkach zmian klimatu”.

Proso wyczyszczone jest jednym z najstarszych udomowionych zbóż na świecie i jest uprawiane przez ludzi od około 11 000 lat. Zajmował dominującą pozycję w chińskim rolnictwie przed wprowadzeniem wysokonakładowych praktyk rolniczych, takich jak nawadnianie i nawozy chemiczne. Bogate w białko ziarno, które wykorzystuje fotosyntezę C4, wysoce wydajną formę fotosyntezy, która pomaga mu przystosować się do różnych środowisk, jest odporne na suszę i może rozwijać się na glebach o niskiej zawartości składników odżywczych.

„Rośliny C4 stanowią tylko około 3% gatunków roślin kwitnących, ale zaskakująco przyczyniają się do około 25-30% światowej produkcji biomasy. Złożoność genomów większości gatunków C4 stanowiła wyzwanie dla podstawowych badań i hodowli, ale Setaria służy jako idealny system modelowy do badania roślin fotosyntetycznych C4 w badaniach genomicznych i genetycznych” – powiedział Xianmin Diao, profesor w Instytucie Nauk o Roślinach Upraw Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych, współautor badania i naukowiec, który zorganizował badania.

W swoim badaniu opublikowanym w czasopiśmie Genetyka przyrodynaukowcy ustalili Setaria pan-genom — cały zestaw genów gatunku — poprzez zebranie 110 reprezentatywnych genomów ze światowej kolekcji 1844 Setaria gatunek. Przeprowadzili badania genetyczne na dużą skalę dla 68 cech w 22 środowiskach w 13 lokalizacjach geograficznych, z których każda miała odmienne warunki klimatyczne, identyfikując potencjalne geny i panele markerów ewolucji i ulepszeń prosa wyczyńca w różnych miejscach geograficznych. Na przykład naukowcy odkryli, że gen SiGW3 reguluje plonowanie ziarna prosa wyczyńca.

Skonstruowali także pierwszą opartą na wykresach sekwencję genomu Setariaoferując wgląd w zmienność genomową dzikich i uprawnych Setaria. To głębsze zrozumienie wszechstronnej zmienności genomicznej wyposaża naukowców w cenne narzędzia genetyczne do prowadzenia badań biologicznych i wysiłków hodowlanych.

„Ten artykuł jest znaczącym kamieniem milowym, ponieważ toruje drogę nowej generacji porównawczych badań genomicznych, które mogą pomóc w rozszyfrowaniu mechanizmu molekularnego fotosyntezy C4. Genomika porównawcza na dużą skalę, badanie asocjacyjne całego genomu i badania selekcji genomowej Setaria nie tylko dają możliwości odkrywania genów i postępów w hodowli samego prosa, ale także oferują wgląd w inne uprawy w celu zwiększenia globalnego bezpieczeństwa żywnościowego” – dodał Diao.

„Zrozumienie podstaw genetycznych leżących u podstaw udomowienia i ulepszenia prosa, wraz z tymi ważnymi cechami rolniczymi, ma znaczny potencjał w zakresie jego ulepszenia. Dzięki naszemu genomowi opartemu na wykresach możemy oszacować cechy związane z jakością ziarna i potencjalne plony, zapewniając możliwości hodowli prosa w celu dostosowania do zmian klimatycznych” – powiedział Qiang He, doktor habilitowany w Instytucie Nauk o Roślinach Uprawnych Chińskiej Akademii Rolniczej. Sciences i pierwszy autor badania.

Badania Purugganana były wspierane przez granty z National Science Foundation Plant Genome Research Program (IOS-1546218 i 2204374), Fundacji Rodziny Zegarów oraz Instytutu Badawczego NYU Abu Dhabi.