Специалисты Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН (ИЦиГ СО РАН) создали полную «библиотеку» всех генов кукурузы для сотен линий растений.
Учёные изучили набор некодирующих РНК более чем у полутысячи сортов культуры. Выявленные связи, считают исследователи, помогут при селекции новых, устойчивых к холоду и засухе сортов кукурузы.
Важный «шум»
Функции длинных некодирующих РНК (днРНК) в геномах живых организмов до сих пор были плохо изучены: считалось, что они не несут в себе инструкции по созданию белков. Долгое время учёные относились к этим молекулам как к «шуму» на фоне изучения РНК, кодирующих белки. Однако затем исследователи установили, что днРНК играют важную роль во многих жизненных процессах.
– ДнРНК являются «регулировщиками» в клетке, – поясняет младший научный сотрудник сектора биоинформатики и информационных технологий в генетике ИЦиГ СО РАН Артём Пронозин. – Они указывают другим генам, когда включаться и выключаться. Мы их начали изучать, потому что появляется всё больше информации об их влиянии на ключевые процессы у растений: рост, развитие и, что особенно важно для сельского хозяйства, устойчивость к засухе, болезням и другим видам стресса.
Регулятор устойчивости
По последним научным данным, днРНК регулируют устойчивость растений к холодовому, солевому и тепловому стрессу, к недостатку кислорода, участвуют в развитии плодов, корней и листьев, а также во многих других процессах роста и развития растений. Поэтому изучение и анализ последовательностей днРНК могут дать учёным дополнительную информацию о функциональной роли этих молекул. Однако до сих пор только для небольшой части днРНК их функции были установлены экспериментально. Для большинства днРНК они остаются неизвестными.
Чтобы решить эту задачу, исследователи Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН воспользовались современной концепцией пан-транскриптома – «генетической карты» всех РНК кукурузы, сделав акцент не на обычных генах, которые кодируют белки, а на длинных некодирующих РНК.
– С помощью разработанной нами программы мы оценили разнообразие последовательностей и эволюционные закономерности днРНК кукурузы, – отмечает Пронозин. – Мы определили гены днРНК, которые являются уникальными для отдельных линий кукурузы, а значит, могут быть связаны с адаптацией растений к уникальным условиям среды или стрессу. Полученные знания позволят проводить более точную селекцию растений, выявлять кодирующие и некодирующие гены, отвечающие за регуляцию устойчивости растений к различным видам стресса, а также помогут увеличить количество новых сортов, адаптированных к климатическим особенностям разных регионов нашей страны.
Обновление сортов
По словам директора ИЦиГ СО РАН академика РАН Алексея Кочетова, ряд созданных в институте сортов сегодня занимает хорошие позиции в рейтинге Россельхозцентра, где представлены наиболее востребованные в стране сорта.
– Среди лидеров – наша яровая мягкая пшеница, яровой ячмень, овёс, – поясняет он. – Сейчас в России в высоком приоритете развитие новых сортов масличных культур. Мы планируем активно работать с соей и, возможно, с рапсом. Наши разработки вносят важный вклад в решение государственной задачи обеспечения продовольственной безопасности в регионах Российской Федерации.
Учёный отмечает, что селекционеры должны постоянно обновлять сорта хозяйственно ценных растений, чтобы повышать их устойчивость к постоянно появляющимся новым штаммам и видам патогенов. Постоянная селекционная работа необходима для адаптации сортов сельскохозяйственных культур к изменениям климата, который становится всё более нестабильным.
– Одно из направлений cтратегии научно-технического развития России – это адаптация к изменениям климата, сохранение и рациональное использование природных ресурсов, – говорит академик. – Сейчас климат стал более неровным: чаще случаются заморозки, высокие температуры, засухи, обильные осадки. Поэтому наша важная задача – создание стрессоустойчивых сортов, которые смогут переживать экстремальные природные явления. Новая инфраструктура позволит нам моделировать такие ситуации и выбирать устойчивые генотипы растений.
Кстати
При Институте цитологии и генетики Сибирского отделения РАН в ближайшее время должны создать Центр селекции и микроклонального размножения сельскохозяйственных и технических растений (ЦМР), оснащённый самым современным оборудованием. В нём будут заниматься получением новых сортов сельскохозяйственных культур и повышением устойчивости существующих сортов.
Василий АКУЛОВ.
