Čínským vědcům se podařil nový průlom ve šlechtění hybridních brambor díky využití evoluční genomiky k identifikaci škodlivých mutací, což může pomoci zkrátit proces šlechtění a vytvořit více kvalitnějších odrůd brambor.
Průlom, který učinil výzkumný tým z Ústavu zemědělské genomiky v Šen-čenu spadajícího pod Čínskou akademii zemědělských věd, byl zveřejněn na internetu v posledním čísle vědeckého časopisu Cell.
Brambory jsou nejdůležitější hlíznatou potravinářskou plodinou a jednou ze základních plodin ve většině zemí světa včetně Číny. Ve srovnání s jinými základními plodinami potřebují brambory méně vody a lze je pěstovat v širokém spektru oblastí, uvedl Wu Jao-jao, klíčový člen výzkumného týmu.
»Šlechtění nových odrůd brambor však trvá příliš dlouho. Odrůda brambor používaná pro hranolky McDonald’s byla vyšlechtěna před více než 120 lety,« řekl Wu.
Hlavním důvodem je, že brambory jsou tetraploidní, což znamená, že mají čtyři sady genomů, a jsou závislé na asexuálním množení prostřednictvím hlíz, které má dlouhý šlechtitelský cyklus a nízkou účinnost reprodukce, přičemž hlízy jsou také snadno napadnutelné chorobami a náchylné ke škůdcům, uvedl Wu.
Výzkumný tým zahájil »Projekt všudypřítomných brambor«, jehož cílem je transformovat rozmnožování brambor z asexuálního na sexuální a ze závislosti na hlízách na závislost na semenech a vést šlechtění brambor pomocí genomiky a syntetické biologie.
Aby bylo možné vyšlechtit konzistentní vysoce kvalitní odrůdy brambor, potřebují vědci získat vysoce homozygotní linie vzniklé kontinuálním samoplozením mezi příbuznými jedinci, aby bylo možné produkovat hybridní komerční linie s požadovanými vlastnostmi, vysvětlil Wu.
Během dlouhodobého asexuálního rozmnožování brambor se však nahromadilo velké množství skrytých škodlivých mutací. Po samooplození tyto dříve »neviditelné« mutace odhalí svůj nepříznivý dopad na rostliny, jako je snížená životaschopnost, sterilita, snížená odolnost vůči chorobám a nižší výnos. Tento jev, známý jako inbreedingová deprese, představuje velkou překážku ve šlechtění hybridních brambor.
»Překonání škodlivých mutací je nejtěžším úkolem tohoto výzkumu,« řekl Chuang San-wen, vedoucí výzkumného týmu.
Výzkumníci shromáždili a porovnali genomické informace ze 100 materiálů čeledí Solanaceae a Convolvulaceae s kumulovanou evoluční historií 1,2 miliardy let. Brambory patří do čeledi Solanaceae, zatímco batáty do čeledi Convolvulaceae.
»Zjistili jsme, že pokud po 1,2 miliardy let evoluce zůstane gen nebo část DNA rostlin nezměněna, znamená to, že je obzvláště důležitá. Identifikovali jsme nejvíce konzervovaná a neměnná místa v genomu,« uvedl Chuang.
»Pokud tato místa genu zmutují, je pravděpodobnější, že to bude mít na brambory nepříznivé účinky, tedy že dojde ke škodlivým mutacím. Prozkoumali jsme celý obraz škodlivých mutací na úrovni celého genomu a vytvořili první dvourozměrnou mapu škodlivých mutací brambor. Mohli jsme tedy komplexněji a efektivněji vyhledávat a eliminovat škodlivé mutace,« uvedl Chuang.
Výzkumný tým také vyvinul nový celogenomový predikční model zahrnující do něj informace o chromozomových mutacích, který by mohl výrazně zlepšit spolehlivost predikce vlastností, jako je výnos, výška rostlin a tvar hlíz, a to o 25 až 45 procent. Model by mohl pomoci pěstitelům při včasném rozhodování o selekci, čímž by se snížily náklady na šlechtění a zkrátil proces šlechtění brambor.
Výzkum by mohl zvýšit efektivitu šlechtění brambor přibližně o 50 procent a poskytnout základ pro zlepšování odrůd. Technologie by se mohla uplatnit i při zlepšování dalších plodin, jako jsou batáty, ovoce, cukrová třtina, a také řada tropických plodin, dodal Chuang.
(Xinhua)