Американские ученые определили участок генома, который позволил выращивать хлопчатник за пределами тропиков и заложил основу для его культивации в умеренном климате. Открытие, опубликованное в журнале Theoretical and Applied Genetics, позволит ускорить селекцию новых, более устойчивых сортов.
Изначально хлопчатник – тропическое растение, которое зацветает только при сокращении светового дня. Эта особенность, известная как фотопериодическая чувствительность, делает невозможным его выращивание в регионах с длинным летним днем, таких как юг США, Китай или Средняя Азия. Растение просто не успевает сформировать коробочки до конца вегетационного сезона. Начиная с 1950-х годов селекционеры эмпирически выводили сорта, которые зацветают независимо от длины дня, но точный генетический механизм этого признака оставался неизвестным.
Исследователи из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA-ARS) применили метод «картирования по отбору». Они полностью секвенировали геномы трех групп растений: коммерческого сорта, безразличного к длине дня; селекционной линии с генами устойчивости к вредителям, унаследованными от фотопериодически чувствительного предка; и 40 гибридных линий, полученных от их скрещивания. Во всех гибридах селекционеры ранее закрепили признак цветения вне зависимости от фотопериода.
Анализ показал, что десятилетия искусственного отбора оставили четкий след в одном и том же участке ДНК – на хромосоме D07. Ученые выделили в этом регионе два гена-кандидата. По их функции они схожи с генами растения арабидопсис, которые входят в белковый комплекс PAF1. Этот комплекс играет роль молекулярного «тормоза», не давая растению цвести в неподходящих условиях. Мутации в этих генах, которые и отбирали селекционеры, снимают это ограничение.
Полученные данные позволяют создать ДНК-маркеры для быстрой идентификации нужных растений. Селекционерам больше не придется ждать целый сезон, чтобы проверить, как гибрид реагирует на длину дня. Теперь они смогут анализировать генетический материал проростков и сразу отбирать перспективные образцы. Это особенно важно при скрещивании элитных сортов с дикими сородичами, которые служат источником генов устойчивости к болезням и засухе, но при этом чувствительны к фотопериоду. Новая технология позволит легко отделять полезные признаки от нежелательных, значительно ускоряя создание улучшенных сортов хлопчатника.