Теперь группа исследователей составила схему этого происхождения, чтобы узнать, как картофель был одомашнен и как его ДНК эволюционировала с течением времени.«Мы секвенировали геномы или генетический код ряда картофеля, произрастающего в Южной Америке — Перу, Боливии и Эквадоре», — сказал Ричард Вейле, глава отдела садоводства Технического колледжа сельского хозяйства и наук о жизни Вирджинии. и профессора Джулиана и Маргарет Гэри. «Вы видите радугу картофеля на континенте.
То, как они перемещались и были приручены, обсуждалось в течение многих лет».Вейле и его аспирант Паркер Лаймбер, доктор наук по садоводству из Раппаханнок, штат Вирджиния, сотрудничали с коллегами из Университета штата Мичиган, включая С. Робина Буэлла, профессора биологии растений, и Майкла Хардигана, бывшего научного сотрудника аспирантуры, а ныне докторант Калифорнийского университета в Дэвисе, чтобы провести проект генома растений в ответ на возможность финансирования Национального научного фонда. Их работа была недавно опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.«Результаты улучшают наше понимание того, как картофель был одомашнен и какие гены важны.
Мы также определили потенциальные гены, которые нужно улучшить в будущем, и показали, как высокопроизводительное секвенирование генома предоставляет новые инструменты», — сказал Вейле.Чтобы узнать больше об этой культуре, третьей по важности, выращиваемой для непосредственного употребления в пищу, команда исследовала дикие и культивируемые виды, в том числе картофель, найденный на рынках Южной Америки, местные североамериканские сорта и наземные сорта, которые представляют собой культивируемый картофель, аналогичный фамильные породы.Затем, используя современные геномные подходы, исследователи стремились дать представление о геномном разнообразии, выявить исторические события гибридизации и идентифицировать гены, нацеленные во время одомашнивания, которые контролируют вариативность сельскохозяйственных признаков — все это жизненно важно для продовольственной безопасности.
«Что делает картофель сложным, так это то, что он не разводится, — сказал Вейле. «Если вы сажаете семена, вы получаете меньше, чем начинали».Еще одно изменение, сопровождавшее одомашнивание картофеля, — снижение фертильности пыльцы.
В то время как дикие виды должны быть плодородными для распространения семян, культурные виды растут из клубней. Эта несоответствие атрофировало плодовитость вида, и эффект можно было наблюдать на геномном уровне.Рассет Бербанк, мутант картофеля Бербанк, был выпущен в 1902 году. На сегодняшний день этот сорт остается самым популярным в США, что подчеркивает давнее отсутствие прогресса в селекции картофеля.
Тем не менее, попытки лучше понять генетический состав картофеля сопряжены с проблемами, не последней из которых является привычка сельскохозяйственных культур сохранять четыре копии каждого гена.Вейле и Леймбер изучали вариацию числа копий — множественные копии генов в одном организме. В процессе селекции множественные копии последовательности ДНК дублируются или удаляются не только в картофеле, но и во всех видах растений и животных. Когда организм рождается, изменения в результате мейоза создают разные копии разных частей генома.
Этот несовершенный процесс допускает мутации и дополнительную ДНК. Дополнительные копии ДНК могут быть полезными в некоторых случаях, приводя к увеличению генетической изменчивости, и пагубными в других, приводя к болезни.
«Из-за генетической сложности картофеля мы не смогли бы провести это исследование без доступа к секвенированному геному картофеля», — сказал Леймбир. «Секвенированный геном позволяет нам сравнивать весь другой картофель с этим планом».Так получилось, что Вейле и Буэлл были частью Консорциума по секвенированию генома картофеля, в который вошли почти 100 ученых, которые секвенировали первый в мире геном картофеля.
Секвенирование генома картофеля, опубликованное в 2011 году, было основано на доступности «удвоенного моноплоидного» картофеля, называемого DM, разработанного в лаборатории Veilleux. Относительная генетическая простота клубней по сравнению с коммерческим картофелем облегчила секвенирование с использованием доступной технологии секвенирования следующего поколения. Последовательность DM продолжает служить эталонным геномом для картофеля.«Мы сопоставили геномы каждого картофеля, который мы исследовали, с картофелем DM, — сказал Леймбир. «Теперь мы можем видеть картинку на коробке, когда собираем каждую головоломку о геноме картофеля.
Это имеет смысл».Вклад исследовательской группы в лучшее понимание генетической схемы клубней может помочь производителям перейти к успешной схеме селекции, которая приведет к получению желаемых сортов. Например, промышленность по производству картофельных чипсов очень избирательна в отношении того, какие виды картофеля она использует. Лучшие образцы закусок требуют идеального содержания крахмала для получения нужного цвета и текстуры при жарке.
Картофель также должен быть правильной формы с мелкими глазками, чтобы проходить через измельчители.Благодаря Вейле и Лаймберу вскоре будет легче вывести идеальные картофельные чипсы или получить желаемые характеристики, такие как повышенная устойчивость к болезням у диких или примитивных видов. Они считают, что сохранившиеся естественные популяции представляют собой важный источник неиспользованного адаптивного потенциала.
Обратите внимание на Рассет Бербанк, скоро могут появиться новые сорта, которые будут конкурировать за лучший картофель.