Scienty

Для российских сортов чая впервые разработана подробная генетическая карта, содержащая информацию о расположении важных участков ДНК, определяющих устойчивость к морозам. Данная разработка стала основным результатом крупного международного проекта, реализованного Субтропическим научным центром РАН в сотрудничестве с Аньхойским сельскохозяйственным университетом (Китай) при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-46-00002) и фонда NSFC Китая.

Фото: img.freepik.com

Для выявления генов, отвечающих за устойчивость к холоду, была проведена обширная генетическая работа с использованием популяции чая, полученной в результате скрещивания адыгейского сорта с повышенной холодостойкостью и чувствительного к холодам сорта «Колхида». Благодаря методам полногеномного анализа, позволяющим детально изучить структуру ДНК, и генетического картирования, определяющего расположение генов на хромосомах, исследователи смогли точно установить положение на хромосомах определенных участков ДНК (локусов), связанных с устойчивостью.

Чтобы определить гены, наиболее активно участвующие в защите растений, ученые провели для них серию стресс-тестов, включающих воздействие низких температур, заморозков и недостатка влаги. Среди множества потенциальных вариантов были выбраны два малоизученных гена, демонстрирующих наибольшую активность. Поскольку непосредственное изменение генома чайного растения на данный момент затруднено, для функциональной проверки этих генов был применен биотехнологический подход: гены чая были интегрированы в геном табака, который, благодаря быстрому жизненному циклу и простоте генетических модификаций, служит удобной платформой для проведения подобных исследований. Полученные трансгенные линии табака были тщательно изучены при воздействии холода, что позволило установить, как гены-кандидаты влияют на ключевые биохимические процессы, фотосинтез и морозостойкость.

«Наиболее значимым достижением проекта стало создание уникальной информационной карты, отображающей локусы холодоустойчивости у отечественных сортов чая. Благодаря ей удалось установить точное расположение на хромосомах и определить маркеры и гены, которые, вероятно, оказывают влияние на устойчивость к низким температурам. Это предоставляет мировому сообществу селекционеров чая совершенно новые возможности для работы», – сообщила руководитель проекта, заведующая лабораторией молекулярно-генетических исследований, кандидат биологических наук Лидия Самарина.

Значительную пользу для практического применения представляют разработанные молекулярные маркеры – уникальные генетические «метки». Так, в сотрудничестве с китайскими коллегами для гена CsLUX ученые выявили не только сам ген, но и его конкретную природную модификацию – гаплотип HapA, характеризующийся заменой аминокислоты в гене. Гаплотип представляет собой уникальный набор незначительных изменений в последовательности ДНК данного гена, своего рода его индивидуальную особенность. Благодаря ассоциативному исследованию было установлено статистически значимую взаимосвязь: наличие гаплотипа HapA в геноме чайного растения тесно связано с повышенной устойчивостью к холоду у китайских и российских генотипов. Кроме того, географический анализ продемонстрировал, что этот полезный вариант концентрируется в популяциях, исторически произрастающих в более неблагоприятных климатических условиях, что служит независимым подтверждением его важности для выживания. Применение подобных маркеров в селекционной работе позволит отбирать наиболее перспективные сеянцы на начальных этапах развития, что существенно сократит время, необходимое для выведения новых сортов.

В результате реализации проекта были не только прояснены основы механизмов, определяющих морозостойкость растений, но и предоставлены селекционерам новые генетические варианты чая и эффективные методы для более быстрого создания усовершенствованных сортов. Эти сорта, характеризующиеся увеличенной морозостойкостью, предназначены для поддержки развития отечественного чаеводства в регионах с неблагоприятными условиями и обеспечения стабильного производства качественного сырья в России.

Материалы и фотографии предоставлены пресс-службой Субтропического научного центра Российской академии наук