Nye genomiske værktøjer til tre moderne bomuldsvarianter kan styre fremtidige avlsindsatser

Vi lever i en verden i stadig forandring og vækst. Skiftende klimaer, nye skadedyr og andre miljømæssige stressfaktorer lægger pres på de kontante afgrøder, der føder og brænder verden. Mens vi kapløb om at imødekomme den voksende efterspørgsel efter bæredygtige og højkvalitets fødevare- og fiberafgrøder, dukker genomics op som et stærkt værktøj i kampen. Ved at forstå planters genetiske koder kan forskere og forædlere udvikle afgrøder med øget udbytte, forbedret modstandsdygtighed over for skadedyr og sygdomme og større tilpasningsevne til miljømæssige udfordringer.

Genom-informeret avl gavner primært afgrøder med eksisterende genomiske ressourcer af høj kvalitet, såsom ris og hvede. Men afgrøder med mindre modne genomiske ressourcer skal fortsat være afhængige af traditionelle avlsmetoder, som nogle gange lider på grund af mangel på genomisk diversitet i avlspopulationerne.

Bomuld, en vigtig kontantafgrøde på verdensplan, mangler robuste genomiske ressourcer. Bomuldsindustrien er en stor forretning med en global økonomisk effekt på 600 milliarder dollars og giver job til mere end 250 millioner mennesker. Succesfuld bomuldsproduktion er afhængig af bomuldsvarianter med ønskværdige egenskaber som højt udbytte, god fiberkvalitet, skadedyrs- og sygdomsresistens og tørketolerance.

"Bomuldsavlere har forbedret fiberudbytte og kvalitet gennem årene ved hjælp af traditionelle avlsmetoder," siger Jeremy Schmutz, meddirektør for HudsonAlpha Genome Sequencing Center, som har arbejdet på bomuldsgenomik i over et årti. "Det kan være svært for dem at opnå yderligere forbedringer på grund af manglen på genetisk variation på tværs af moderne domesticeret bomuld. At skabe nye genomiske værktøjer til industrien vil hjælpe med at tage bomuldsforbedringer til næste niveau."

Forskere ved HudsonAlpha Institute for Biotechnology Genome Sequencing Center (GSC) og andre samarbejdspartnere satte sig for at skabe genomsekvenser af høj kvalitet til tre vigtige bomuldsvarianter, hvilket giver nødvendige genomressourcer til bomuldsavlere. Resultaterne blev for nylig offentliggjort i Nature Plants .

"Bomuldsforskning har i høj grad været afhængig af et referencegenom, 'TM1', en række bomuld, der ikke længere er meget udbredt i avlsprogrammer," siger Avinash Sreedasyam, Ph.D., første forfatter til manuskriptet. "For at molekylær avl kan gavne bomuldsindustrien, skal der eksistere mange forskellige genomer for at repræsentere mangfoldigheden af ​​bomuldsvarianter. Denne undersøgelse genererede referencegenomer af høj kvalitet til tre moderne højlandsbomuldskultivarer og opdaterede 'TM-1' bomuldsgenetiken. standardreference."

Indledende analyse af de nye referencegenomer gav vigtig information om fiberkvalitet. De meget nøjagtige og komplette genomsamlinger blev brugt til at identificere genetisk materiale fra Pima-bomuld (kendt for overlegen fiberkvalitet) inden for moderne bomuldsvarianter. Små segmenter af hvert genom blev sammenlignet med både Pima og referencebomuldsgenomet.

Segmenter, der matchede Pima mere end referencebomuld, blev klassificeret som potentielle introgressioner, hvilket tyder på, at Pima DNA var blevet inkorporeret i den moderne bomulds genetiske makeup. Kendskab til disse Pima-introgressioner vil hjælpe opdrættere til effektivt at udvælge afkom med disse fiberkvalitetsforbundne genetiske markører i deres avlsprogrammer.

"At udnytte relativt billig lavpas-sekventering sammen med disse genomer giver opdrættere mulighed for at udvælge afkom hurtigt," siger Sreedasyam. "Dette vil ikke kun spare tid, men også reducere omkostninger forbundet med traditionel fiberfænotypning, en besværlig proces, der normalt kræver hundreder til tusinder af prøver pr. avlscyklus."

Disse resultater fremhæver betydningen af ​​at bruge detaljerede genomsamlinger til at afdække genetiske variationer, der kan forbedre bomuldsavlsprogrammer. Jo mere disse nye genomer af høj kvalitet bruges til sammenlignende undersøgelser, jo mere information om økonomisk vigtige bomuldsegenskaber vil dukke op. De genomiske ressourcer, der er beskrevet i denne undersøgelse, repræsenterer en værdifuld tilføjelse til bomuldsforædlingsværktøjssættet og vil høste fordele i de kommende år.

Samarbejdspartnere på dette projekt omfatter Don C. Jones, Cotton Incorporated, NC; Peng W. Chee, University of Georgia, Tifton, GA; Warwick N. Stiller, CSIRO, Bomuldsforskningsenhed, Australien; og Fred Bourland, University of Arkansas, Keiser, AR.