Преодоление барьера диких родственников бобовых культур: прогресс в передаче диких свойств одомашненным бобовым культурам

С одной стороны, выбор конкретных желаемых характеристик, таких как высокая урожайность, может повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Но другие важные черты, такие как устойчивость к вредителям, могут быть потеряны. Это может сделать посевы уязвимыми к различным стрессам, таким как болезни и вредители, или к последствиям изменения климата.Чтобы уменьшить эту уязвимость, исследователи часто обращаются к диким родственникам сельскохозяйственных культур.

Эти дикие родственники продолжают развиваться в природе, часто в неблагоприятных условиях. У них есть несколько полезных генов желаемых качеств. Эти черты включают высокий уровень устойчивости к болезням и толерантность к стрессам окружающей среды.

В новом исследовании ученые сообщают о значительных успехах в передаче признаков устойчивости к болезням и стрессам от диких родственников некоторых бобовых культур их одомашненным сортам. Это исследование проводилось в Международном научно-исследовательском институте сельскохозяйственных культур полузасушливых тропиков (ICRISAT) в Патанчеру, Индия.Бобовые, такие как нут, голубиный горох и арахис, являются одними из немногих культур, которые хорошо растут в условиях скудных дождей и маргинальных почв полузасушливых тропиков.

Но они сталкиваются с серьезными проблемами, — говорит Шивали Шарма, ведущий автор.«Бобовые культуры сильно страдают от болезней, насекомых-вредителей, засухи, теплового стресса и засоления», — говорит Шарма. «Кроме того, полузасушливые регионы очень уязвимы к изменению климата». Эти факторы ограничивают бобовые культуры.Есть несколько диких сородичей этих культур, устойчивых к вредителям и болезням. «Существует острая необходимость найти и внедрить эти полезные гены от диких родственников в культурные сорта», — говорит Шарма.

Это повысит устойчивость отечественных сортов бобовых и поддержит сельское хозяйство в этих регионах.Разведение одомашненных культур напрямую с их дикими сородичами может быть очень сложной задачей, а зачастую и невозможным. Например, из восьми диких однолетних видов нута только один легко скрещивается с культурным нутом и дает плодородное потомство.

Точно так же дикие сорта арахиса устойчивы к грибковым инфекциям. Но прямое скрещивание дикого и одомашненного арахиса затруднено из-за различий в том, как ДНК в их клетках упакована. Кроме того, эти виды плохо скрещиваются с сортами.Большинство диких сортов арахиса диплоидны: их ДНК организована в виде двух наборов хромосом на клетку, как и у человека.

Во время воспроизводства один набор происходит от родителя-самца, а другой — от родителя-самки.С другой стороны, домашний арахис тетраплоиден. Их клетки содержат четыре набора хромосом.

Набор хромосом в каждой клетке, называемый плоидностью, затрудняет прямое скрещивание диких и домашних разновидностей арахиса.«Для решения подобных проблем требуется много времени и ресурсов, — говорит Шарма. «Это часто заставляет заводчиков неохотно напрямую использовать дикие виды в программах разведения».Программы предварительного разведения, такие как программа ICRISAT, вкладывают свое время и навыки в диких сородичей сельскохозяйственных культур. Шарма и ее коллеги вывели разновидности дикого арахиса, клетки которых имеют четыре набора хромосом.

Затем они определили, какие из этих тетраплоидных диких разновидностей также устойчивы к грибковым инфекциям. Затем они были скрещены с культурными сортами арахиса для создания новых селекционных линий с хорошей устойчивостью и урожайностью. Селекционеры теперь могут напрямую скрещивать эти устойчивые к грибам линии с одомашненным арахисом для создания новых сортов.«Дикие родственники сельскохозяйственных культур являются резервуаром многих полезных генов и признаков», — говорит Шарма. «Мы обязаны использовать это скрытое сокровище для будущих поколений».

Это особенно важно в контексте бобовых, потому что они обладают множеством преимуществ. Например, бактерии в своих корневых клубеньках поглощают ценный атмосферный азот. Это увеличивает плодородие почвы и снижает потребность в удобрениях.

Бобовые также имеют жизненно важное значение для обеспечения продовольственной безопасности в полузасушливых тропиках и других частях мира. Они являются важным источником белка и микроэлементов.

В сочетании со злаками они представляют собой поддерживающую диету для людей во всем мире.«Программы предварительной селекции — это первый шаг к улучшению питания и устойчивости современных сортов бобовых», — говорит Шарма.


Портал обо всем