Эта работа является завершением первого этапа проекта «3000 геномов риса», совместного проекта Китайской академии сельскохозяйственных наук (CAAS), Международного научно-исследовательского института риса (IRRI) и BGI, и финансируется Биллом и Фонд Мелинды Гейтс и Министерство науки и технологий Китая.С учетом того, что более 1/8 населения мира живет в условиях крайнего голода и бедности, а население мира постоянно растет (по оценкам, к 2050 году оно достигнет 9,6 миллиарда), существует огромная потребность в создании новых ресурсов для повышения урожайности и сокращения урожая. воздействие агротехники на окружающую среду и выращивание пищевых культур, которые обладают высокой урожайностью и питательными свойствами и могут успешно расти в окружающей среде, подверженной воздействию засухи, вредителей, болезней или плохого качества почвы.
Хотя исследования риса значительно продвинулись после завершения первой высококачественной последовательности генома риса в 2005 году, произошли ограниченные изменения в методах селекции, которые важны для производства улучшенных и лучше адаптированных сортов риса.Проект «3000 геномов риса» представляет собой важный шаг вперед в решении этих проблем, создавая и публикуя обширный объем генетической информации, которая в конечном итоге может быть применена к интеллектуальным методам селекции, в которых используются преимущества естественной вариации между различными штаммами растений и информация о генетических характеристиках растений. механизмы, лежащие в основе этих признаков, для отбора штаммов для разведения, которые будут более успешными в производстве гибридных штаммов с характеристиками, которые хорошо подходят для успешного выращивания в различных средах.Д-р Чжикан Ли, директор проекта CAAS, заявил, что проект «3000 геномов риса» является частью продолжающихся усилий по предоставлению ресурсов специально для бедных фермеров в Африке и Азии, направленных на охват не менее 20 миллионов фермеров, выращивающих рис в 16 целевых регионах. страны (8 африканских и 8 азиатских стран). «Рис является основным продуктом питания для большинства азиатских людей, и его потребление в Африке растет, — сказал доктор Ли. "При сокращении ресурсов (воды и земли) продовольственная безопасность является и будет самой сложной проблемой в этих странах как в настоящее время, так и в будущем. Как ученый в области генетики, селекции и геномики риса это было бы мечтаю помочь решить эту проблему ».
Д-р Цзюнь Ван, директор BGI, добавил к этому, что «демографический бум и усугубление климатического кризиса представляют собой серьезные проблемы для глобальной нехватки продовольствия и безопасности. возможна эффективная молекулярная модель селекции. Это открывает новый способ ведения сельскохозяйственной селекции.
Объединив усилия с CAAS, IRRI и Gates Foundation, мы сделали шаг вперед в исследованиях сельскохозяйственных культур на основе больших данных и цифровом селекции. Мы верим каждому шаг приблизит нас к конечной цели улучшения благосостояния человечества ».
По словам генерального директора IRRI доктора Роберта Зейглера, «доступ к 3000 геномам данных о последовательности риса значительно ускорит способность селекционных программ преодолевать ключевые препятствия, с которыми сталкивается человечество в ближайшем будущем». Этот совместный проект, добавил Зейглер, «внесет огромный вклад в генетику риса и позволит глобальному исследовательскому сообществу провести подробный анализ, что в конечном итоге принесет пользу беднейшим фермерам, выращивающим рис в самых сложных условиях».Доктора Ван и Зейглер, а также доктор Цзя-Ян Ли, президент CAAS, предоставляют дополнительную информацию о целях этого проекта в сопроводительном комментарии в GigaScience.
Для достижения своих целей сотрудничество трех институтов не только опубликовало 13,4 терабайта данных, но и собрало семена каждого штамма (доступны в Международной коллекции генного банка риса, размещенной в IRRI). Хранение семян в банках необходимо для полноценного использования этих генетически определенных штаммов для развития и поддержания наиболее подходящих гибридных штаммов для различных сред. Однако остается еще один дополнительный компонент для достижения этой цели: это информация, которая позволяет исследователям и селекционерам напрямую связывать генетическую информацию (генотип) с физическими признаками (фенотипом) этих различных штаммов.
Это требует тщательной оценки и обработки каждого сорта риса на предмет важных для сельского хозяйства признаков, которые затем можно связать с генетическими маркерами в имеющихся в настоящее время последовательностях генома.Современные методы разведения, которые по существу остались неизменными с момента развития сельского хозяйства, обычно используют очевидные физические признаки для выбора сорта для скрещивания с надеждой, что потомство проявит комбинацию и улучшение желаемых признаков, таких как засуха, вредители и устойчивость к болезням и повышение урожайности сельскохозяйственных культур и улучшение питательной ценности. Однако лежащая в основе генетическая структура часто может противоречить ожиданиям заводчиков, поскольку неизвестные генетические взаимодействия могут блокировать, модифицировать или изменять развитие выбранных физических характеристик при выведении двух линий.
Таким образом, часто требуются методы проб и ошибок и несколько последовательных стадий разведения.Полное знание генетического состава растения позволяет исследователям идентифицировать генетические маркеры, связанные с конкретными физическими характеристиками, и лучше понимать, как различные генетические взаимодействия влияют на фенотипы растений.
Эта информация позволяет селекционеру делать более разумный выбор при выборе сорта, что приводит к более точному и быстрому созданию сортов риса, которые лучше подходят для различных сельскохозяйственных условий в бедных и экологически неблагополучных странах.Это процесс, требующий больших усилий и внимания.
Таким образом, публикация этих данных и предоставление генетической информации в свободный доступ селекционерам растений и ученым во всем мире в значительной степени поможет в определении взаимосвязи генотип / фенотип, а также послужит обширным ресурсом, улучшающим наше понимание биологии растений.