Международный консорциум генетиков опубликовал в журнале Nature статью, в которой говорится о том, что наконец удалось практически полностью секвенировать геном картофеля и провести его цитогенетический анализ. <1>Возглавляющие консорциум 20 ведущих генетиков из 14 стран сообщают, что геном картофеля содержит 39 тысяч генов, входящих в состав его 12 хромосом. Цитогенетический анализ (грубо говоря, изучение хромосом в клетке под микроскопом) в дополнение к секвенированию (то есть расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК) помог исследователям изучить физические характеристики каждой из 12 хромосом, такие как определение участков, бедных генами, и участков с большим их количеством. Что особенно важно, он дал возможность определить, где кончается и где начинается каждая хромосома в геноме картофеля.
В состав консорциума вошли шесть российских ученых. Это группа из Центра «Биоинженерия» РАН, возглавляемая директором этого центра, академиком Константином Скрябиным. В состав группы также входят следующие ученые: Борис Кузнецов, Николай Равин, Татьяна Колганова, Алексей Белецкий и Андрей Марданов.
«Расшифровка генома картофеля создает некую основу для целого комплекса последующих работ в области генетики, селекции и создания новых сортов, — рассказал «Газете.Ru» заместитель директора Центра «Биоинженерия» РАН Николай Равин. — Значение этой работы можно сравнить со значением расшифровки генома человека в медицине. Зная геном картофеля можно найти гены, которые обеспечивают устойчивость к патогенам, к вредителям и различным болезням».
Николай Равин уточнил, что весь объем работ был поделен между различными организациями — участниками консорциума. «Мы выполняли одну из частей работы — секвенирование 12-й хромосомы. Участники из разных стран выполняли работу по разным хромосом, плюс была некая общая часть, когда геном секвенировали целиком другими методами», — рассказал Равин.
Картофель — самая главная незерновая культура, употребляемая людьми в пищу, ежегодно человечество потребляет более 200 миллионов тонн картофеля.
Но одновременно это растение, с которым очень трудно работать.
Картофель относится к тетраплоидам, то есть к организмам, клетки которых содержат по четыре набора хромосом. Это — в отличие от диплоидов, у которых клетки тела имеют двойной набор хромосом, как у человека, — серьезно затрудняет выведение новых сортов или улучшение имеющихся. Несмотря на все усилия ученых, многие десятилетия пытающихся улучшить сортовые качества картофеля, он остается все так же восприимчив к вредителям, патогенам и склонен к так называемой инцухт-депрессии — комплексному снижению биологических показателей (выживаемости, темпа роста, продуктивности) в результате межродственного скрещивания.<2>
Исследователи считают, что с появлением секвенированного генома этой несговорчивой культуры решение всех ее проблем резко ускорится, подобно тому, как это было после расшифровки генома пшеницы, риса и кукурузы.
«Информация о геноме картофеля даст возможность исследователям всего мира улучшать агрономические свойства картофеля, такие как качество клубня, урожайность, устойчивость к засухам и болезням», — считает один из трех лидеров консорциума Робин Буэлл, специалист по биологии растений из Мичиганского университета.
Кроме того, ученые смогут быстрее выводить новые сорта картофеля. До расшифровки генов картофеля на выведение нового сорта требовалось более десяти лет.
Еще один член консорциума Цзимин Цзян, генетик растений из Университета Висконсина-Мэдиссона, говорит, что секвенирование картофельного генома позволит ему вернуться к охоте за генами, считающихся ценными для картофельной индустрии.
В начале прошлого десятилетия он пытался найти ген, ответственный за сопротивляемость диких сортов картофеля к фитофторозу — болезни, вызываемой грибками-паразитами (оомицетами). В 1845–1849 годах этот патоген вызвал в Ирландии Великий картофельный голод. Фитофтороз ударил тогда по всей Европе, но для Ирландии, где картофель играл одну из главных ролей в питании житеей, он оказался настоящим бедствием, унесшим жизни около четверти населения острова.
Несмотря на полный успех того исследования, Цзян буквально поклялся тогда больше никогда не работать с картофелем, пока в руках у него не появится полная информация о геноме — он с ужасом вспоминает пятилетнюю агонию усилий, которые он вместе с двумя коллегами предпринимал в охоте за геном.
«Не имея на руках генома картофеля, такая работа отнимает столько времени и настолько сложна, что кажется бессмысленной. Нам просто не с чем было работать — ни маркеров, ни карт…», — вспоминает ученый.
Цзян считает, что для генетиков, исследующих картофель, наступила пора, которую можно сравнить с золотой лихорадкой.<4>
Аналогичная история уже произошла с рисом, когда исследователи испытывали серьезные проблемы в работе с клонированием генов риса, однако после публикации его генома в 2005 году статьи на эту тему посыпались как из рога изобилия.