Суперпангеном арбуза открывает новые возможности для создания сортов с улучшенными характеристиками, что способствует повышению устойчивости культуры к болезням и адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды. Этот ресурс объединяет 138 геномов диких и культурных арбузов, предоставляя глубокое понимание их эволюционных связей.
Международная группа под руководством доктора Чжанцзюнь Фэя из Института Бойса Томпсона разработала этот всеобъемлющий суперпангеном, результаты работы опубликованы в журнале Nature Genetics. В отличие от традиционных референсных геномов, основанных на одном представителе вида, или пангеномов, охватывающих множество образцов внутри вида, суперпангеном включает образцы всех семи существующих видов рода арбузов. Фэй поясняет: "Дикие родственники предоставляют обширную информацию для разработки маркеров и геномного прогнозирования", что делает суперпангеномы мощными инструментами для целенаправленной селекции сельскохозяйственных культур.
Графовая структура суперпангенома арбуза обеспечивает повышенную способность к обнаружению структурных вариантов (SV), которые могут охватывать сотни тысяч оснований и оказывать существенное влияние на фенотип. Интегрируя эту информацию, команда Фэя создала сложную карту генетического разнообразия арбуза. Используя этот ресурс, исследователи связали конкретные геномные регионы с важными сельскохозяйственными признаками, что привело к открытию структурных вариантов, тесно связанных со сладостью и устойчивостью к патогенам.
Одна структурная вариация оказалась значительно связана с интенсивностью цвета кожуры, важным коммерческим признаком, коррелирующим с пищевой ценностью и влияющим на привлекательность для потребителей. Эта структурная вариация влияла на экспрессию одного конкретного гена, и, как подчеркнул Фэй, "этот ген можно было идентифицировать только с помощью этого суперпангенома, поскольку структурная вариация не была связана ни с одним из близлежащих однонуклеотидных полиморфизмов (SNP)".
Помимо открытия отдельных генов, этот суперпангеном открывает двери для более широкого применения. "Эти ресурсы могут напрямую повлиять на стратегии селекции", — говорит Фэй, — "поскольку мы можем использовать их для создания платформ для селекции с помощью геномики". Команда разработала прогностические модели, которые могут определять фенотипические характеристики на основе компактного набора высокоэффективных SNP и SV-маркеров.
Геномные ресурсы, такие как суперпангеномы, предоставляют богатый материал для изучения генетической основы важных признаков, что позволяет разрабатывать целенаправленные стратегии селекции для более эффективного создания сельскохозяйственных культур с благоприятными сочетаниями признаков. В случае с арбузами первостепенной задачей является восстановление устойчивости к болезням у диких сородичей при сохранении вкусовых качеств, которые сделали их любимым продуктом потребителей.
Исторически селекция на желаемые признаки значительно снижала генетическое разнообразие культивируемых арбузов, ухудшая их способность адаптироваться к воздействию окружающей среды и болезней и ставя под угрозу их долгосрочную устойчивость. Однако дикие арбузы сохранили многие ценные признаки и, следовательно, могут стать ключом к улучшению современных сортов.
