Геном рослин: ключ до високої врожайності та сортової чистоти

Здатність рослин адаптуватися до стресових умов і формувати високий урожай закладена в їхній ДНК. Генетичний код є вирішальним фактором у формуванні цих властивостей. Вивчаючи геном, ви відкриваєте можливість керувати ключовими ознаками культури.

Експерти стверджують: до 70% успіху у вирощуванні визначається саме генетикою, тоді як агротехнології впливають менш ніж на 30%.

Для чого використовується генотипування рослин? 

• Для того щоб впроваджувати генетичні рішення, що підвищують урожайність і рентабельність сільськогосподарських культур, селекціонерам необхідні доступні та точні інструменти для аналізу повного геному.
• Створюючи нові сорти чи гібриди, важливо мати чіткий механізм захисту авторських прав. ДНК-профіль із задокументованими генетичними маркерами — це надійний спосіб ідентифікації та підтвердження вашої власності.
• Під час придбання посівного матеріалу важливо бути впевненим у відповідності насіння заявленому сорту. ДНК-паспорт слугує надійним підтвердженням сортової автентичності.

Компанія «Біолабтех» пропонує комплексне рішення для генотипування рослин — повногеномне секвенування з низьким покриттям (LP-WGS). Новітня технологія секвенування LP-WGS є в рази дешевшою за традиційне секвенування, а також є більш гнучкою та ефективнішою за мікроматриці. Саме тому метод LP-WGS активно застосовується в агрогеноміці для генотипування рослин в усьому світі.

Ми пропонуємо інструмент, який дозволяє:

• Виявляти всі ДНК-маркери, які є важливими для Вашої селекційної програми (повногеномне секвенування з низьким покриттям та імпутацією даних з референтних панелей забезпечує точне визначення всіх SNP в геномі без будь-яких обмежень)
• Визначати нові маркери, рідкісні та популяційно-специфічні алелі, які можуть бути критично важливими для певних ознак (стійкість до хвороб або адаптація до навколишнього середовища)
• Отримувати кращий вибір для селекції та швидший прогрес у селекції (генотипувати великі популяції швидко та отримувати точну генетичну інформацію за низькою ціною)
• Забезпечити захист сортових прав і інтересів (розшифрувати геном та сформувати унікальний ідентифікатор сорту – ДНК-паспорт на основі точного переліку SNP та їх позицій в геномі)
• Забезпечити захист прав покупця насіння (перевірити відповідність заявленого і фактичного сорту по ДНК-паспорту при купівлі посівного матеріалу)

Чому варто обрати метод LP-WGS для селекції, визначення сортової чистоти та геномних досліджень?

1. Ви отримаєте найповнішу інформацію про геном, включно з відомими та новими, раніше невідомими ДНК-маркерами.
2. Метод є універсальним та видонеспецифічним, тобто ви можете аналізувати будьякий вид рослин.
3. LP-WGS вирізняється доступністю, оскільки не потребує заздалегідь визначених локусів, SNP-панелей чи праймерів, як це потрібно в інших методах генотипування.
4. Висока пропускна здатність та масштабованість: можете аналізувати як окремі зразки, так і сотні-тисячі зразків одночасно.
5. LP-WGS є низьковартісним за рахунок низького покриття секвенування та потужних алгоритмів комп`ютерної обробки даних. Тому можна проводити масштабні дослідження та економити кошти.

Принцип методу LP-WGS

Повногеномне секвенування з низьким покриттям (LP-WGS) – це процес секвенування (NGS) геному індивіда з меншою глибиною, зазвичай з покриттям від 0,1х до 5х, порівняно зі стандартною глибиною від 30х до 50х у традиційному секвенуванні. Таке зниження покриття значно зменшує вартість і час, необхідні для аналізу, водночас надаючи цінну геномну інформацію.

LP-WGS використовує технологію NGS для генерації мільйонів коротких зчитувань ДНК. Ці зчитування порівнюються з референтним геномом для ідентифікації генетичних варіантів (SNP, indel) та доповнення даних – імпутації.

Переваги LP-WGS перед іншими методами:

• Економічна ефективність у порівнянні з традиційним WGS
• Більше даних порівняно з мікроматрицями, нові SNP
• Висока точність
• Низькі вимоги до вхідної кількості ДНК
• Вища статистична потужність, ніж у мікроматриць

У сучасній агрогеноміці по всьому світу LP-WGS став потужним інструментом для геномної селекції та точного визначення сортів рослин, відкриваючи нові можливості для підвищення врожайності й адаптивності.

Які гени відповідають за певні ознаки рослин, і як це можна використати в селекції?

Розглянемо на прикладі сої набір генів, що відповідають за певні властивості рослини:

• На час цвітіння впливають гени GmFT5a, GmFT2a, e1.  У сої GmFT2a та GmFT5a діють як активатори, сприяючи цвітінню, тоді як GmFT1a та GmFT4 діють як репресори, затримуючи цвітіння. Відносна кількість цих генів, зокрема GmFT2a та GmFT5a, має вирішальне значення для визначення часу цвітіння за різних умов тривалості світлового дня. Зокрема, GmFT5a відіграє значну роль в адаптації сої до умов довгого дня, причому мутанти демонструють надзвичайно пізні фенотипи цвітіння за цих умов. Значення для селекції: розуміння ролі цих генів важливе для програм селекції сої, спрямованих на оптимізацію часу цвітіння для різних широт та умов вирощування.
• Висота рослини визначається генами GmLHY1a, Gmlhy2a, Lhy2a1b. Ідентифікація цих генів та їхня роль у регуляції висоти рослин є цінною для програм селекції сої. Генетичні маркери для цих генів можуть бути використані для ідентифікації та відбору рослин з бажаними характеристиками висоти.
• За розтріскування стручків відповідає ген PDH1. Розтріскування стручків  (shattering) — це природний механізм, за допомогою якого дикі рослини поширюють насіння. Розтріскування стручків може призвести до значних втрат врожаю сої та є негативно відібраною ознакою в одомашненні та селекції сої. Тим не менш, значна частина сортів сої все ще схильні до розтріскування стручків, що обмежує їхню регіональну та кліматичну адаптивність. Мутації гена pdh1 значно покращують стійкість до розпаду стручків та адаптивності сортів сої.
• Вміст олії визначається геном FAD2. Ген FAD2 у сої відіграє ключову роль у формуванні складу олії, зокрема в регуляції рівнів олеїнової та лінолевої кислот. Мутації в гені FAD2 можуть суттєво змінювати профіль жирних кислот у соєвій олії. Зокрема, мутації в генах FAD2-1A та FAD2-1B сприяють підвищенню вмісту олеїнової кислоти — корисної мононенасиченої жирної кислоти — з типових 20% до приблизно 80%, одночасно зменшуючи рівень лінолевої кислоти з 50% до 4%. Це пов’язано з тим, що гени FAD2 кодують ферменти десатурази жирних кислот омега-6, які перетворюють олеїнову кислоту на лінолеву.
• Стійкість до захворювання на нематоди обумовлена геном gmSNAP18. Ген GmSNAP18 у сої є ключовим фактором стійкості до соєвого цистоутворюючого нематода (SCN) — одного з основних сільськогосподарських шкідників. Він розташований у локусі rhg1 і діє у поєднанні з іншими генами, такими як GmSHMT08 (у локусі Rhg4), забезпечуючи стійкість. Різні варіанти (гаплотипи) GmSNAP18, разом із GmSHMT08, визначають різні типи стійкості до SCN, наприклад, тип Peking та тип PI 88788. Перспективи для селекції: розуміння ролі GmSNAP18 та його взаємодії з іншими генами має вирішальне значення для створення нових сортів сої зі стійкістю до SCN. Дослідники також вивчають інші гени родини SNAP та їх можливу участь у формуванні стійкості.

Якщо ви бажаєте дізнатись більше про метод повногеномного секвенування з низьким покриттям для підвищення ефективності вашого рослинництва, звертайтесь до фахівцій «Біолабтех».