62 Дослідники з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн та партнерських установ розшифрували повні геноми на рівні хромосом для трьох видів амаранту: амаранту Палмера, гладкого амаранту та червонокореневого свинорию.
Нові можливості для подолання стійкості до гербіцидів
Це досягнення значно прискорює дослідження бур’янів з множинною стійкістю до гербіцидів. Такі бур’яни, як амарант Палмера, ускладнюють ведення сільського господарства та зменшують його прибутковість. Наявні гербіциди стають дедалі менш ефективними проти них.
“Наявність цих еталонних геномів значно прискорює нашу здатність досліджувати бур’яни з множинною стійкістю до гербіцидів і наближає нас до нових стратегій боротьби з ними”, – зазначив співавтор дослідження Пет Транел, професор кафедри рослинництва Коледжу сільськогосподарських, споживчих та екологічних наук в Іллінойсі.
Особливу увагу дослідники приділили сімейству генів цитохромів P450. Ці гени відіграють ключову роль у нецільовій стійкості, детоксикуючи гербіциди до того, як вони можуть завдати шкоди рослині.
Розуміння механізмів стійкості амаранту Палмера
Амарант Палмера вважається найбільш проблемним з трьох досліджених видів. Учені охарактеризували ген стійкості цього бур’яну до гліфосату, який міститься у великому кільцевому сегменті ДНК поза межами хромосом.
“Еволюційна історія полягає в тому, що колись цей ген був вставлений у коло, а потім це коло розширилося по всьому світу. Ця одна еволюційна подія відповідальна за всю резистентність, яку ми спостерігаємо у Палмера майже на всіх континентах”, – пояснює співавтор дослідження Джейк Монтгомері.
Дослідники також зосередилися на генах, пов’язаних з визначенням статі у амаранту Палмера. Ця робота має за мету розробку модифікованих чоловічих рослин з геном-драйвом. Такий підхід призведе до домінування чоловічих особин у популяції, припинення розмноження та вимирання популяції.
“У поточному дослідженні ми ідентифікували два гени, які, як видається, контролюють чоловічу стать на хромосомі 3 у Палмера”, – зазначив провідний автор дослідження Дамілола Алекс Райемо.
Це дослідження представляє перші геноми, опубліковані Міжнародним консорціумом з геноміки бур’янів (IWGC). Ця організація об’єднує академічні установи та промислових партнерів для створення еталонних геномів бур’янів.
IWGC робить ці еталонні геноми вільно доступними для наукової спільноти. Це усуває бар’єри та прискорює темпи відкриттів у боротьбі з важливими бур’янами.
“До створення IWGC дослідники зверталися до грантових агенцій з ідеями щодо картування важливих ознак, таких як нові типи стійкості до гербіцидів. Для цього спочатку потрібен еталонний геном”, – пояснює співавтор дослідження Тодд Гейнс, професор Університету штату Колорадо.
Практичне застосування генетичних досліджень
Група професора Транеля вже використала референтний геном іншого проблемного амаранту – водяних конопель – для виявлення регіонів, пов’язаних зі стійкістю до гербіцидів 2,4-Д і дикамби.
“Водяні коноплі є економічно важливим агрономічним бур’яном на Середньому Заході, який розвинув стійкість до гербіцидів у семи місцях дії”, – говорить Ізабель Верле, докторантка в галузі рослинництва в Іллінойському університеті.
Дослідники змогли ідентифікувати вісім геномних областей, пов’язаних зі стійкістю до цих гербіцидів. Цікаво, що виявлено дуже мало перекриття між регіонами, що контролюють стійкість до різних препаратів з однаковим механізмом дії.
Оскільки все більше вчених отримують доступ до цих геномних ресурсів, Транел і його колеги вважають, що темпи відкриттів – і практичних рішень для фермерів – будуть тільки зростати.
Детальні результати дослідження опубліковано в журналі “The Plant Journal” та “Pest Management Science” за підтримки Міжнародного консорціуму з геноміки бур’янів та Національного інституту продовольства і сільського господарства США.
