Впервые в мировой практике для отечественных сортов чая создана детальная генетическая карта с координатами ключевых участков ДНК, ответственных за морозостойкость. Эта работа стала главным итогом масштабного международного проекта, выполненного Субтропическим научным центром РАН совместно с Аньхойским сельскохозяйственным университетом (Китай) при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-46-00002) и фонда NSFC Китая.
Анализ спектральных индексов и фотосинтетической активности в листьях табака в холоде и в нормальных условиях. Автор фото: Евгений Грох
Масштабная генетическая работа проводилась на специально созданной популяции чая – потомстве от скрещивания холодоустойчивого адыгейского генотипа и восприимчивого к холоду сорта «Колхида». С помощью методов полногеномного анализа (позволяющих «прочитать» всю последовательность ДНК) и генетического картирования (определяющего точное положение генов на хромосомах, подобно составлению карты) ученые точно определили положение на хромосомах конкретных участков ДНК (локусов), ассоциированных с устойчивостью.
Для этого ученые подвергли растения комплексным стресс-тестам – холоду, морозу и засухе – чтобы выявить гены, наиболее активно включающиеся в защиту. Из сотен кандидатов были отобраны два малоизученных гена с максимальной активностью. Поскольку напрямую изменить геном чая пока технически сложно, для функциональной проверки этих генов был использован биотехнологический «обходной путь»: гены чая встроили в модельное растение – табак, которое благодаря быстрому жизненному циклу и простоте генетических модификаций служит удобной живой лабораторией для подобных исследований. Полученные трансгенные линии табака прошли всестороннее изучение в условиях холода, что позволило установить влияние генов-кандидатов на ключевые биохимические процессы, фотосинтез и устойчивость к холоду.
«Самое главное, что было сделано в рамках проекта, – впервые в мире получена информационная карта с локусами холодоустойчивости у отечественных генотипов чая. На основе нее определено точное местоположение на хромосомах и выявлены маркеры и гены, которые потенциально влияют на устойчивость к холоду. Это дает мировой селекции чая принципиально новые инструменты для селекции», – рассказала руководитель проекта, заведующая лабораторией молекулярно-генетических исследований, кандидат биологических наук Лидия Самарина.
Особую практическую ценность проекта представляют разработанные молекулярные маркеры – уникальные генетические «метки». Например, совместно с китайскими коллегами для гена CsLUX ученые обнаружили не просто сам ген, а его конкретную природную модификацию – гаплотип HapA, связанный с заменой аминокислоты в гене. Гаплотип – это уникальный набор мелких вариаций в последовательности ДНК данного гена, своего рода его «почерк». Проведя ассоциативное исследование, учёные установили статистически значимую связь: наличие гаплотипа HapA в геноме чайного растения сильно коррелирует с повышенной холодоустойчивостью китайских и российских генотипов. Более того, географический анализ показал, что этот полезный вариант накапливается в популяциях, исторически растущих в более суровых условиях, что служит независимым доказательством его ценности для выживания. Использование таких маркеров в селекции позволит отбирать перспективные сеянцы на ранних стадиях, что сократит сроки создания новых сортов на многие годы.
Таким образом, проект не только выполнил фундаментальную задачу по расшифровке механизмов холодоустойчивости, но и передал селекционерам новые генотипы чая и практические инструменты для ускоренного создания новых улучшенных сортов. Эти сорта, обладающие повышенной выносливостью, призваны закрепить успех отечественного чаеводства в зоне рискованного земледелия и обеспечить устойчивое производство ценной продукции в России.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Субтропического научного центра РАН
