At undersøge kartoflers fortid kunne forbedre fremtidens spuds

Det gamle ordsprog om at se til fortiden for at forstå fremtiden gælder bestemt for forbedring af kartofler.

Undersøgelse af det modernes forfædre, Nordamerikanske dyrkede kartofler har afsløret et sæt almindelige gener og vigtige genetiske veje, der har hjulpet spuds med at tilpasse sig gennem tusinder af år. Robin Buell, Michigan State University Foundation professor i plantebiologi og seniorforfatter af papiret, viser potentielle genetiske nøgler, der kan sikre, at afgrøden vil trives i fremtiden.

"I hele verden, kartofler er den tredje vigtigste afgrøde, der dyrkes til direkte konsum, alligevel har opdrættere kæmpet for at producere nye sorter, der overgår dem, der blev udgivet for over et århundrede siden, " sagde Buell. "Ved at analysere dyrkede kartofler og dens vilde slægtninge ved hjælp af moderne genomiske tilgange, vi var i stand til at afsløre nøglefaktorer, der kunne adressere fødevaresikkerhed i det 21. århundredes landbrug."

dyrkede kartofler, tamme fra vilde Solanum-arter, en genetisk simplere diploid (indeholdende to komplette sæt kromosomer) art, kan spores til Andesbjergene i Peru, Sydamerika.

Mens det nøjagtige middel til kartoffelvandringen er ukendt, spuds stort set spredt over hele verden siden deres domesticering omkring 8, 000 til 10, 000 år siden. Da kartofler blev taget fra de mere ækvatoriale regioner i Peru og Bolivia til de sydlige dele af Sydamerika, de blev tilpasset længere sommerdage i Chile og Argentina.

Et aspekt, der er kendt, er, hvordan spanske conquistadorer introducerede kartofler efter hjemkomsten fra deres sydamerikanske bedrifter til det europæiske kontinent, hvor kartofler hurtigt blev tilpasset som basisafgrøde. Da opdagelsesrejsende vovede sig fra Europa til Nordamerika, de bragte også kartofler til den nye verden.

Den videnskabelige opdagelsesrejsende Michael Hardigan, tidligere på MSU og nu på University of California-Davis, ledet holdet af MSU og Virginia Polytechnic Institute og State University videnskabsmænd. Sammen, de studerede vildt, landrace (sydamerikanske kartofler, der dyrkes af lokale landmænd) og moderne sorter udviklet af planteavlere. Resultatet, offentliggjort i det aktuelle nummer af Proceedings of the National Academy of Sciences , var den hidtil største undersøgelse af gensekventering af afgrøder.

Det indebar ikke kun en væsentlig gensekventering af kartofler, men det tacklede også et af de mest mangfoldige afgrøde-genomer. De moderne spuds, der findes i nutidens køkkener, er genetisk komplekse tetraploide kartofler, har fire gange det almindelige antal kromosomer. Kartoflers komplekse genom rummer anslået 39, 000 gener. (Sammenlignet med, det menneskelige genom omfatter omkring 20, 000 gener.)

Fra den store genpulje, forskerne identificerede 2, 622 gener, der drev afgrødens tidlige forbedring, da den først blev tæmmet. Undersøgelsen vises i det aktuelle nummer af Proceedings of the National Academy of Sciences .

At studere gen-diversitetsspektret, fra sin vilde fortid til sin dyrkede nutid, kan give en væsentlig kilde til uudnyttet adaptivt potentiale, sagde Buell.

"Vi vil være i stand til at identificere og studere historiske introgressioner og hybridiseringsbegivenheder samt finde gener målrettet under domesticering, der kontrollerer variansen for landbrugsegenskaber, " sagde hun. "Mange af disse hjælper med at fokusere på tilpasning til forskellige klimaer, afværge forskellige patogener eller forbedre udbyttet, nøgler, som vi håber at forstå bedre for at forbedre den fremtidige avlsindsats."

For eksempel, vilde kartofler formerer sig gennem bær og frø. Kulturkartofler er aseksuelle og er mad og frø i ét. (Enhver, der har efterladt en kartoffel i et mørkt spisekammer for længe, ​​har været vidne til denne egenskab på egen hånd.)

Forskerne præsenterer beviser for signaturerne af selektion i gener, der styrer denne ændring. De kaster også lys over vilde arters rolle i genetiske veje til bekæmpelse af skadedyr og forarbejdning af sukker til fødevarer. At dykke ind i noget uklart territorium, de så på potentielle genetiske kilder, der styrer døgnrytmen; Ja, Planter har også 24-timers ure, der styrer biologiske processer.

"Vi kendte til deres fysiologiske træk, men vi vidste ikke, hvilke gener der var involveret, " sagde Buell. "Da kartoflerne blev flyttet, de måtte tilpasse sig længere dage, flere timers sollys. Vi begynder nu at forstå, hvad der sker på det genetiske niveau, og hvordan vilde Solanum-arter udviklede sig til langtidstilpassede tetraploide kartofler."

Yderligere MSU-forskere, der bidrager til denne undersøgelse, inkluderer:Linsey Newton, John Hamilton, Brieanne Vaillancourt, Krystle Wiegert-Rininger, Joshua Wood, David Douches og Eva Farre. Forskere fra Virginia Polytechnic Institute og State University var også en del af forskerholdet.