Селекционеры всегда стремятся создавать новые сорта, которые удовлетворят и производителей, и продавцов, и потребителей.
Для выполнения поставленной задачи селекционеры используют генетические маркеры, чтобы привнести желательные черты устойчивости к болезням и морозу от диких видов винограда к их культурным «кузенам». Перенос этих маркеров между видами - задача очень сложная, но команда селекционеров -виноградарей, генетиков и специалистов по биоинформатике из Cornell AgriTech в Женеве, Нью-Йорк, разработала новый мощный метод.
Новая методика команды для разработки генетических маркеров улучшает скорость передачи маркеров между видами виноградной лозы с невиданной скоростью - с 2% до 92%. С ее помощью селекционеры во всем мире могут просматривать свои коллекции и сразу же узнавать, какие сорта обладают нужными качествами, независимо от того, какие по происхождению эти сорта, откуда они родом или какие виды были их родителями.
«Эта новая стратегия развития маркеров выходит далеко за рамки виноградарства», - сказал соавтор методики Брюс Рейш (Bruce Reisch), профессор в области садоводства и виноградарства в Колледже сельского хозяйства и естественных наук (College of Agriculture and Life Sciences) и руководитель Селекционной программы по виноградарства Корнелльского университета (Cornell’s Grapevine Breeding and Genetics Program). «Это применимо для селекции и генетических исследований в рамках различных программ селекции винограда, видов растений и других разнообразных организмов».
Селекционеры привносят желаемые признаки из местных видов в культивируемые путем определения ДНК-маркеров, указывающих на связанные с признаком гены, а также с помощью отбора растений, которые их несут, и размножения среди видов. Однако для винограда и других высших растений эволюция настолько перетасовала генетическую колоду, что маркеры, разработанные с использованием определенных видов винограда, не работают с дикими видами или их гибридами.
Тем не менее, важно, чтобы у селекционеров были надежные маркеры для создания новых сортов винограда с улучшенным вкусом, устойчивостью к погодным условиям или болезням, особенно в связи с тем, что изменение климата увеличивает развитие и распространение болезней и изменяет диапазон выращивания для многих культурных сортов (Виноградник и изменение климата, Винам Шардоне и Пино нуар угрожает изменение климата).
Для создания генетических маркеров исследовательская группа использовала новую технологию автоматического секвенирования ДНК для создания «основного генома» для виноградных лоз, сопоставляя важные области, общие для 10 видов геномов. Используя новую мощную технологию генетического картирования rhAmpSeq, ученые нацелены на эти выделенные области для разработки надежных ДНК-маркеров.
Из 2000 маркеров, разработанных командой, 92% соответствовали четырем семействам винограда, охватывающим разнообразие рода Vitis , включая родственные виды, эволюционное развитие которых разошлось в разные стороны еще 20 миллионов лет назад.
Исследователи уже применили эти новые маркеры к более чем 22 000 виноградных лоз, в том числе в национальной ампелографической коллекции Министерства сельского хозяйства США (USDA). Маркеры также надежно наносят на генетическую карту мускадины - подвид, произрастающий в юго-восточной части США, основной источник генов устойчивости к болезням.
Другие виды винограда, произрастающие в Северной Америке и Азии, также лучше адаптированы к различным климатическим и почвенным условиям в дополнение к устойчивости к болезням.
«Этот инструмент гораздо более мощный, чем мы думали», - сказал соавтор Лэнс Кадл-Дэвидсон (Lance Cadle-Davidson), адъюнкт-профессор Школы интегральных исследований растений в Корнелле и фитопатолог в отделе исследований генетики винограда USDA в Женеве, штат Нью-Йорк. «Это открывает много новых возможностей для установления связей там, где их раньше не было. Теперь мы все говорим на одном языке».
Этот прорыв в переводе генома виноградной лозы на общий язык для селекционеров является центральным в миссии VitisGen2, второй итерации многопрофильного исследовательского проекта, из которого возникла новая стратегия разработки маркеров.
«Это работа, которая изменит селекцию винограда полностью - и это только начало», - сказал Доннелл Браун (Donnell Brown), президент Национального альянса по исследованию винограда, ведущей в отрасли некоммерческой организации, представляющей интересы исследователей в области вина, соков, изюма и столового винограда. «Отсюда мы можем значительно ускорить генетическое исследование, которое поможет нам улучшить качество ягод винограда и продукции из него, и, в конечном счете, отреагировать на угрозы вредителей и болезней, изменение климата и многое другое». (Знаменитый селекционер о современной селекции – играй и выигрывай)
Со-ведущими авторами были Чэн Цзоу (Cheng Zou), научный сотрудник в Институте биотехнологии Корнелла, и Авинаш Карн (Avinash Karn), научный сотрудник в лаборатории профессора Рейша.
Эта работа была поддержана грантами Министерства сельского хозяйства США и Национального научного фонда.
By Sarah Thompson, Cornell AgriTech
