Генетическая информация улучшит понимание учеными и земледельцами моделей выращивания африканского риса, а также позволит вывести новые сорта риса, которые лучше справляются с растущими факторами экологического стресса, чтобы помочь решить глобальные проблемы голода.Документ «Последовательность генома африканского риса (Oryza glaberrima) и доказательства независимой одомашнивания» был опубликован в воскресенье в журнале Nature Genetics.
Усилия по секвенированию генома африканского риса возглавлялись Родом А. Уингом, директором Аризонского института геномики в UA и кафедрой Bud Antle Endowed в Школе наук о растениях Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни UA прием на кафедру экологии и эволюционной биологии УА.«Рис питает половину мира, что делает его самой важной продовольственной культурой», — сказал Винг. «Райс будет играть ключевую роль в решении того, что мы называем вопросом о 9 миллиардах человек».
Вопрос о 9 миллиардах человек относится к прогнозам, согласно которым к 2050 году население мира увеличится до более чем 9 миллиардов человек, многие из которых будут жить в районах, где доступ к продовольствию крайне ограничен. выращивать достаточно продовольствия, чтобы накормить население мира и предотвратить множество медицинских, экономических и социальных проблем, связанных с голодом и недоеданием.
Теперь, с полностью секвенированным геномом африканского риса, ученые и земледельцы могут искать способы скрещивать азиатские и африканские виды, чтобы вывести новые сорта риса с высокопродуктивными чертами азиатского риса и выносливостью африканского риса.«Африканский рис снова находится на переднем крае стратегий выращивания, направленных на решение проблем изменения климата и доступности продуктов питания», — сказала Джудит Карни, профессор географии Института окружающей среды и устойчивости Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, и автор «Черного риса». В книге описывается историческое значение африканского риса, который был завезен в Соединенные Штаты в период трансатлантического рабства.
Карни также является соавтором статьи в Nature Genetics, и ее книга послужила одним из вдохновителей секвенирования генома африканского риса.«Мы объединяем дисциплины, чтобы решить вопрос о 9 миллиардах человек», — сказал Винг.
По словам Винга, хотя в настоящее время он выращивается лишь в нескольких местах по всему миру, африканский рис более вынослив и устойчив к экологическим стрессам в условиях Западной Африки, чем азиатские сорта.Африканский рис уже был скрещен с азиатским, чтобы получить новые сорта в рамках группы, известной как NERICA, что означает «новый рис для Африки».Геном африканского риса особенно важен, потому что многие из генов кодируют черты, которые делают африканский рис устойчивым к экологическим стрессам, таким как длительные периоды засухи, высокая засоленность почв и наводнения.
«Теперь, когда у нас есть точное знание генома, мы можем легче идентифицировать эти черты и быстрее перемещать гены с помощью обычных методов разведения или методов генетической модификации», — отметил Винг, который также является членом института BIO5 UA и считает кафедрой геномной биологии и эволюционной геномики Международного института исследований риса, предоставленной Axa. «Идея состоит в том, чтобы создать супер-рис, который будет более урожайным, но будет иметь меньшее воздействие на окружающую среду — например, сорта, требующие меньше воды, удобрений и пестицидов».По его словам, выносливые, высокоурожайные культуры будут становиться все более жизненно важными для выживания человечества, поскольку мир столкнется с экологическими последствиями изменения климата и постоянно растущего населения планеты.Исследовательская группа Wing специализируется на разработке того, что генетики называют физическими картами, инструмента, который позволяет ученым понять структуру генома.
Его группа разработала физические карты азиатского риса и пожертвовала их проекту «Геном риса», что сделало возможным секвенирование этого полного генома.Большая часть эволюционного анализа генома была проведена Мухуа Вангом, докторантом наук о растениях из UA, и Карлосом Мачадо из Университета Мэриленда. Ейсу Ю, доцент исследовательской группы Wing в Аризонском институте геномики, возглавил работу по секвенированию.
При анализе 33000 генов, составляющих геном африканского риса, исследователи обнаружили, что в процессе приручения африканцы и азиаты независимо друг от друга отбирали многие из одних и тех же генетических признаков у двух видов, таких как более высокое питание и черты, которые делают сбор урожая обрезать проще.Кроме того, секвенированный геном помогает решить вопросы о том, был ли африканский рис первоначально одомашнен в одном регионе или в нескольких местах по всей Африке.
Сравнивая геном с тем, что известно о генетической структуре диких сортов, Винг и его команда обнаружили, что он больше всего похож на популяцию диких видов риса, обитающих в одном месте вдоль реки Нигер в Мали. «Наши данные подтверждают гипотезу о том, что приручение африканского риса было сосредоточено в этом регионе Африки», — сказал Винг.С 1998 по 2005 год Уинг возглавлял усилия США по секвенированию генома азиатского риса, который является единственным другим домашним видом риса.
Эти результаты были опубликованы в журнале Nature в 2005 году и с тех пор позволили открыть сотни важных для сельского хозяйства генов, включая гены, кодирующие более быстрые циклы размножения и способность растения выживать до двух недель под водой в периоды наводнения. .Исследовательская группа Винга сейчас занимается секвенированием и анализом геномов диких родственников африканского и азиатского риса. «Понимая весь род на уровне генома, мы получаем совершенно новый пул генетических вариаций, который можно использовать для борьбы с вредителями и патогенами растений», — пояснил Винг.Одним из примеров, по его словам, могло бы быть добавление генов устойчивости к болезням всех диких сортов риса к разновидностям культивируемого риса, создавая новый суперпродукт, устойчивый к болезням и вредителям.Wing также работает с Куифа Чжан из Хуачжунского сельскохозяйственного университета в Ухане, Китай, над созданием ряда научно-технических центров по выращиванию суперкультур по всему миру, где целенаправленные и скоординированные усилия могут помочь решить вопрос о 9 миллиардах человек. «У нас действительно есть только около 25 лет, чтобы решить эту проблему, и если мы будем постоянно конкурировать друг с другом, это не сработает», — сказал он.
«После десятилетий продвижения высокоурожайных азиатских сортов, акцент сейчас делается на разработке сортов, сочетающих в себе более высокие урожаи первых с устойчивостью глаберримы к стрессам окружающей среды», — отметил Карни.В ноябре Уинг и его сотрудники отметят 10-ю годовщину завершения создания генома азиатского риса и нового завершения создания генома африканского риса на 12-м Международном симпозиуме по функциональной геномике риса, конференции, которая состоится в Тусоне, штат Аризона.
Секвенирование генома африканского риса стало возможным благодаря грантам Национального научного фонда № 0321678, № 0638541, № 0822284 и № 1026200 на проекты Oryza Map Alignment и Oryza Genome Evolution.