Badania genetyczne przeprowadzone przez grupę naukowców z Agricultural Genomics Institute w Shenzhen, Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych, rzuciły światło na kluczowe fragmenty genomu w uprawach ziemniaka, których mutacje mogą powodować niechciane potomstwo w programach hodowli hybrydowej.

CAAS powiedział w komunikacie, że odkrycie dokonane przez naukowców z Agricultural Genomics Institute w Shenzhen było „wielkim przełomem” w hodowli niezwykle ważnej podstawowej rośliny uprawnej spożywanej na całym świecie i we wszystkich kulturach.

Taka wiedza pomaga hodowcom wyeliminować kandydujące odmiany ziemniaka za pomocą analizy sekwencji genetycznej i jeszcze bardziej skrócić niegdyś długi proces selekcji roślin i zbiorów, wyjaśnił panel ekspertów ds. Hodowli, w tym Huang Sanwen, który kierował badaniami, na konferencji prasowej w czwartek w Pekin.

Odkrycia zostały opublikowane w czwartek w czasopiśmie naukowym Cell.

Huang i jego współpracownicy zebrali i przeanalizowali genomy 92 gatunków z rodziny psiankowatych, w tym ziemniaków i pomidorów, oraz siostrzanej rodziny Convolvulaceae.

Odkryli, że niektóre fragmenty genów roślin uprawnych pozostały niezmienione nawet przez 80 milionów lat, gdy ewoluowały, a mutacje na tych obszarach mają większe szanse na szkodliwe dla potomków, takie jak zmniejszona żywotność i wydajność, bezpłodność i niska choroba opór.

Odkrycia utorowały drogę nowemu modelowi selekcji genomicznej – który naukowcy nazwali „soczewką ewolucyjną” – w którym takie różnice genetyczne były analizowane w celu przewidzenia plonów potomstwa ziemniaka, wysokości roślin i innych danych kluczowych dla hodowli.

W artykule napisano, że ten model może zwiększyć dokładność prognoz nawet o 45 procent.

„Ten model może pomóc hodowcom ziemniaków w podejmowaniu bardziej świadomych decyzji na wczesnym etapie, aby obniżyć czas i koszty finansowe hodowli ziemniaków” – powiedział CAAS w komunikacie, dodając, że strategia może być również wykorzystana do hodowli innych upraw.

W tradycyjnej hodowli uważano, że silne materiały rodzicielskie mają większe szanse na przekazanie potomstwu lepszych cech.

Jednak to badanie wykazało, że silniejsze odmiany ziemniaków mają tendencję do większego szkodliwego obciążenia genetycznego. Odmiany niosące te ukryte szkodliwe mutacje nie nadawały się do hodowli ziemniaków hybrydowych, pomimo ich lepszych cech.

Badanie dostarczyło alternatywnego sposobu kierowania tym procesem rozwoju w celu wydajniejszego wytwarzania bardziej udanych linii wsobnych ziemniaka i odmian hybrydowych, powiedział Huang.

Badania były częścią planu U-ziemniaka kierowanego przez Huanga.

Eksperci twierdzą, że ziemniaki są podstawowym pożywieniem dla ponad 1,3 miliarda ludzi na całym świecie, ale techniki hodowlane pozostają daleko w tyle za innymi popularnymi uprawami, takimi jak ryż, kukurydza i pszenica, ze względu na złożoność genetyczną.

Tradycyjny ziemniak jest tetraploidalny, co oznacza, że ​​ma cztery zestawy chromosomów. W rezultacie niekorzystne geny mogą niepostrzeżenie przedostać się do następnego pokolenia, a wprowadzenie nowych, korzystnych cech okazuje się niezwykle trudne.

Uprawy ziemniaka głównego nurtu również opierają się na blokach do rozmnażania bezpłciowego, co stwarza problemy, takie jak wysokie koszty przechowywania i transportu oraz jest podatne na przenoszenie szkodników i chorób. Aby rozwiązać te problemy, zespół Huanga rozpoczął projekt i zastąpił tetraploidalne ziemniaki diploidalnymi — z zaledwie dwoma zestawami chromosomów.

W ramach projektu zastąpiono również bloki ziemniaczane nasionami hybrydowymi, wykorzystując genomikę i biologię syntetyczną.

Połączone zmiany mogą skrócić cykl hodowlany ziemniaków z ponad dekady do mniej niż pięciu lat, powiedział CAAS.

Przemawiając na konferencji prasowej, Yang Zhenhai, sekretarz partii CAAS, powiedział, że przekształcenie ziemniaków w diploidalną roślinę, która może rozmnażać się przez nasiona, było ogólnoświatowym wyzwaniem i „klejnotem w koronie” innowacji hodowlanych.