Gene ancestrale comune pentru grâu și orz, identificate după 10.000 de ani de selecție
Cercetătorii au reconstruit 10 paleogenomuri ancestrale, considerate strămoși comuni pentru 84 de specii botanice de interes agronomic. Rezultatele, publicate în revistele Molecular Plant și Nature Plants, provin de la echipe de cercetare de la INRAE, Universitatea Clermont Auvergne și CNRS.
Studiul comparativ, axat pe genele grâului și orzului, a permis identificarea a aproximativ o sută de variante genetice esențiale în adaptarea acestor culturi la schimbările climatice de-a lungul celor 10.000 de ani de domesticire și selecție de către oameni.
Reconstruirea genelor ancestrale „fondatoare”
Pentru a înțelege modul în care cunoașterea rolului unei gene la o specie poate fi aplicată la studiul altei specii de interes pentru ameliorare, cercetătorii au analizat și comparat 84 de genomuri ale unor plante cu flori moderne, reprezentative la nivel mondial. Astfel, au reconstruit 10 paleogenomuri ancestrale vechi de peste 200 de milioane de ani, descrise ca gene „fondatoare” pentru speciile moderne.
Aceste paleogenomuri permit identificarea genelor care au conservat un context genomic ancestral comun și aceeași funcție biologică, ceea ce înseamnă că ar putea contribui în continuare la trăsături sau procese la specii diferite. Asemenea gene pot influența dezvoltarea unor caracteristici de interes pentru provocările agricole actuale, precum toleranța la secetă sau datele de înflorire.
Reconstrucția paleogenomurilor oferă și informații despre istoria evolutivă a plantelor, permițând stabilirea momentului apariției principalelor familii botanice și reconstituirea unor traiectorii evolutive cheie, inclusiv cele care au dus la divergența dintre plantele acvatice și terestre, speciile erbacee și lemnoase, speciile C3 și C4 sau speciile modulatoare și nemodulatoare.
Comparația a peste 1.000 de varietăți de grâu și orz
Grâul și orzul au fost alese ca focar al studiului deoarece ambele sunt culturi de cereale de mare interes agronomic. Ele se numără printre primele culturi domesticite acum mai bine de 10.000 de ani în Semiluna Fertilă. Aceste două cereale au susținut apariția agriculturii, prezentând numeroase paralelisme atât în cronologia lor istorică, cât și în condițiile de mediu în care oamenii le-au cultivat.
Cercetătorii au studiat și comparat 1.420 de varietăți moderne reprezentative pentru diversitatea genetică globală a grâului și orzului, împreună cu rămășițe de grâu vechi de 5.000 de ani. Astfel au identificat variantele genetice păstrate de ambele specii de-a lungul evoluției lor istorice. La grâu, echipa a validat rolul a trei gene cunoscute de la alte specii: două influențează productivitatea și data înfloririi, iar a treia este implicată în reglarea epigenetică.
Compararea paleogenomurilor comune acestor specii a oferit informații atât despre genele păstrate, cât și despre genele adaptive selectate în populațiile de grâu și orz care au evoluat sub constrângeri climatice similare, timp de zece milenii de domesticire și selecție.
Două instrumente open-access pentru cercetători și amelioratori
În cadrul lucrării au fost dezvoltate două instrumente informatice gratuite, cu acces liber, destinate comunității științifice și amelioratorilor privați. Primul, numit AGR (Ancestral genome reconstruction), permite compararea genomurilor plantelor moderne și reconstrucția paleogenomurilor fondatoare dispărute, oferind un catalog curatoriat de gene conservate între specii.
Al doilea, OrthoViewer, este o bază de date care oferă acces la aceste gene conservate pentru 84 de specii de plante de interes agronomic. Ea include 1.142 de gene descrise în literatura științifică pentru funcția lor biologică și interesul agronomic. Catalogul permite compararea datelor disponibile privind diversitatea genetică globală între specii și identificarea variantelor genetice adaptive selectate în comun la specii diferite, care pot prezenta interes pentru selecția varietală.
Metoda poate fi aplicată tuturor tipurilor de plante și se bazează pe paleogenomurile fondatoare ale celor 84 de specii. Echipele continuă lucrul pentru identificarea genelor de interes, cu accent pe variantele cu funcții adaptive păstrate la grâu, orz, orez, porumb și sorg.
