Naukowcy walczą z głodem przez złamanie genetycznego kodu pszenicy

Triticum dicoccoides daje zbyt małe plony, by można jej było używać w dzisiejszym rolnictwie, ale ma wiele atrakcyjnych cech, używanych przez hodowców roślin do ulepszenia pszenicy.

“To badanie jest synergicznym partnerstwem między instytucjami publicznymi i prywatnymi” – powiedział dr Daniel Chamovitz, dziekan wydziału nauk przyrodniczych im. George’a S. Wise w TAU, który także brał udział w badaniach. Prowadzono je we współpracy z kilkudziesięcioma naukowcami z instytucji na całym świecie i firmą izraelską, NRGene, która wypracowała technologię bioinformatyczną, co przyspieszyło badania.

“W ostatecznym rachunku to badanie będzie miało znaczący wpływ na globalne bezpieczeństwo żywnościowe” – powiedział Chamovitz.

“Nasza zdolność tak szybkiego wygenerowania sekwencji genomu dzikiej pszenicy jest olbrzymim krokiem naprzód w badaniach genomowych” powiedział dr Curtis Pozniak z University of Saskatchewan, członek projektu oraz przewodniczący programu badań strategicznych kanadyjskiego ministerstwa rolnictwa.

“Pszenica odpowiada niemal za 20 procent kalorii, jakie ludzie konsumują na całym świecie, a więc silne skupienie się na ulepszeniu plonów i jakości pszenicy jest zasadnicze dla naszych przyszłych zasobów żywnościowych” – wyjaśnił  Pozniak.

Biologiczny “tunel czasu”

“Z biologicznego i historycznego punktu widzenia stworzyliśmy ‘tunel czasu’, którego możemy użyć do zbadania pszenicy od początków rolnictwa – powiedział  Distelfeld. – Porównanie z dzisiejszą pszenicą umożliwiło nam zidentyfikowanie konkretnych genów, które pozwoliły na udomowienie – przejście od pszenicy rosnącej dziko do dzisiejszych odmian. Podczas gdy ziarna dzikiej pszenicy łatwo wypadały z rośliny i rozpraszały się, zmiana w dwóch genach oznaczała, że w udomowionej pszenicy ziarna pozostawały w kłosie; to jest cecha, która umożliwiła ludziom uprawianie pszenicy”.

“Ta nowa wiedza pozwoliła nam na zidentyfikowanie szeregu innych genów kontrolujących główne cechy dobierane przez wczesnych ludzi podczas udomowiania pszenicy i które służyły jako podstawa do rozwoju nowoczesnych odmian uprawnych” – powiedział dr Eduard Akhunov z Kansas State University. “Te geny dostarczają bezcennych zasobów do wzmocnienia przyszłych starań o ulepszenie upraw. Triticum dicoccoides znana jest jako źródło nowych odmian, które mogą pomóc ulepszyć wartość odżywczą zboża, jak również tolerancję na choroby i warunki ograniczenia wody”.

Pszenica odporna na suszę

“Już używa się nowych narzędzi genomicznych do identyfikowania nowych genów do ulepszenia produkcji pszenicy w zmieniającym się środowisku – wyjaśnia dr Zvi Peleg z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie w Izraelu. – Podczas gdy wiele dzisiejszych odmian pszenicy jest podatnych na stres wodny, dzika pszenica ma za sobą długą historię ewolucyjną w skłonnym do susz klimacie morza Śródziemnego. Tak więc używanie genów dzikiej pszenicy w programach hodowlanych pomaga w zwiększeniu plonów przy mniejszej ilości wody”.

“Genom pszenicy jest znacznie bardziej złożony niż większości innych roślin uprawnych i ma genom trzykrotnej wielkości genomu człowieka – powiedział dr Gil Ronen, dyrektor NRGene. – Niemniej technologia obliczeniowa, jaką stworzyliśmy, pozwoliła nam na szybkie zestawienie bardzo dużego i skomplikowanego genomu znalezionego w 14 chromosomach Triticum dicoccoides  na poziomie nigdy przedtem nie osiągniętym w badaniach gnomicznych”.

Przełomowe technologie

Po raz pierwszy sekwencje 14 chromosomów Triticum dicoccoides  zostały zestawione w dopracowanym porządku dzięki dodatkowej technologii, która używa DNA i wiązań białkowych. “Pierwotnie było to testowane na ludziach, a niedawno pokazane na jęczmieniu, czyli na genomach mniejszych niż genom dzikiej pszenicy – mówi dr Nils Stein, szef Zasobów Genetycznych i Genomicznych Instytutu Leibniza Genetyki Roślin i Badań nad Roślinami Uprawnymi w Niemczech. – Te innowacyjne technologie są przełomowe dla zestawiania dużych genomów zbóż”.  

“To podejście do sekwencjonowania, użyte dla Triticum dicoccoides  jest bezprecedensowe i utorowało drogę do sekwencjonowania pszenicy durum (udomowionej odmiany dzikiej pszenicy). Teraz możemy lepiej zrozumieć jak ludzkość przekształciła tę dziką roślinę w nowoczesną, wysokoplonującą pszenicę durum” – powiedział dr Luigi Cattivelli, współautor i koordynator pracy International Durum Wheat Genome Sequencing Consortium.

“Mamy obecnie narzędzia do bezpośredniego badania roślin uprawnych i do sprawniejszego dokonywania odkryć i ich zastosowań” – zakończył dr Distelfeld.

Israelis Fight Hunger by Cracking  Wheat’s Genetic Code

United with Israel, 9 lipca 2017

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Od Redakcji:

Sześciu izraelskich badaczy wśród laureatów prestiżowej nagrody Howarda Hughesa. Medical Institute przyznał pięcioletnie granty w wysokości 650 tysięcy dolarów każdy dla 41 naukowców z całego świata. Sześciu z nich (14,6 procent) to naukowcy izraelscy, trójka z Instytutu Weizmanna, dwójka z jerozolimskiego Hebrew University oraz jeden z Technionu.  (Źródło: http://www.israelhayom.com/site/newsletter_article.php?id=42315&;hp=1)