Американские учёные полностью расшифровали геном двух дикорастущих многолетних растений из прерий Северной Америки – сильфии цельнолистной и пронзённолистной. Результаты исследования, опубликованные в Nature Communications, открывают путь к созданию на их основе новых агрокультур, устойчивых к изменению климата.
Современное сельское хозяйство основано на узкой группе однолетних растений, таких как пшеница, рис и кукуруза, которые требуют ежегодного посева. Такая практика истощает почву, усиливает эрозию и требует постоянных затрат топлива, удобрений и воды. Многолетние культуры могут стать альтернативой: после одной посадки они растут несколько лет, а их корневая система постоянно защищает почву. Главной преградой для их введения в сельское хозяйство оставалась сложность генома диких видов, которая затрудняла селекцию.
Исследователи из The Land Institute и HudsonAlpha Institute for Biotechnology столкнулись с геномами необычно большого размера – около 7,6 млрд пар оснований ДНК у сильфии цельнолистной, что более чем вдвое превышает геном человека. Такие крупные геномы содержат множество повторяющихся последовательностей, которые мешают точной сборке. Учёные применили новые технологии секвенирования, позволившие не только собрать полную генетическую карту, но и различить наборы хромосом, унаследованные от каждого из родительских растений. Это критически важно для селекционеров, так как позволяет точно отслеживать гены, отвечающие за засухоустойчивость, урожайность или состав масла.
Полученные генетические карты послужат селекционерам «дорожными картами». С их помощью можно разработать ДНК-маркеры, чтобы на стадии проростков выявлять растения с нужными признаками, не дожидаясь их полного созревания. Такой подход значительно ускоряет и удешевляет выведение новых сортов.
Особые надежды возлагают на сильфию цельнолистную как на новую многолетнюю масличную культуру. Содержание масла в её семенах достигает 25%. Кроме того, в них содержится сквален – соединение, которое используют в косметике и в качестве компонента некоторых вакцин.
Экологическая ценность этих растений связана с их корневой системой, которая уходит в почву на глубину до 4,5 метров. Глубокие корни укрепляют грунт, улучшают его способность впитывать воду, накапливают в нижних слоях почвы органический углерод и позволяют растениям переносить засуху, добывая влагу с большой глубины. Кроме того, эти виды поддерживают экосистемы прерий, в том числе популяции опылителей.