Zsekwencjonowanie genomu pszenicy krokiem do wyżywienia ludzkości w przyszłości

W piątek 17 sierpnia pojawiła się w Science publikacja będąca efektem 13 lat pracy międzynarodowego konsorcjum ośrodków naukowych oraz przedsiębiorstw prywatnych. Publikacja opisuje utworzenie wysokiej jakości referencji pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum), która zajmuje pierwsze miejsce wśród roślin uprawianych przez człowieka.

Uznaje się, że na początku 2018 roku na Ziemi żyło jednocześnie 7,5 miliarda ludzi. Biorąc pod uwagę tempo wzrostu ludności w poprzednich dekadach oraz postępujące zmiany klimatyczne - Bank Światowy szacuje, że już w okolicach roku 2030 mogą wystąpić poważne braki pożywienia w wielu miejscach, szczególnie w krajach rozwijających się. Aby spełnić przewidywane do 2050 roku zapotrzebowanie na pszenicę jej produkcja musiałaby już teraz rosnąć o około 60% rok do roku.

Takie właśnie pesymistyczne prognozy towarzyszyły w pracy członkom Międzynarodowego Konsorcjum dla Sekwencjonowania Genomu Pszenicy. Ponad 200 naukowców z 73 uniwersytetów oraz instytutów podjęło się wyzwania uznawanego na początku ich działań za praktycznie niewykonalne. Nie tylko dlatego, że genom pszenicy - podobnie jak większość genomów roślinnych - jest znacznie dłuższy od ludzkiego. Pięć razy większa ilość nukleotydów, zestawiona w 21 chromosomach, tworzy trzy zbliżone do siebie strukturalnie tzw. podgenomy.

Naukowcy wykorzystali klasyczne metody mapowania, ale także najnowocześniejsze technologie sekwencjonowania nowej generacji NGS oraz wysokowydajne algorytmy bioinformatyczne. Przez 13 lat trwania projektu w obszarze sekwencjonowania dokonał się taki postęp, że to co na początku wydawało się praktycznie niemożliwe, pod koniec projektu było wykonywane praktycznie z dnia na dzień.

Publikacja w Science precyzyjnie opisuje 107 891 genów oraz ponad 4,7 miliona markerów molekularnych, jak również całą informację genetyczną wypełniającą przestrzenie pomiędzy genami i markerami. Taką referencję można porównać do szczegółowej mapy zawierającej wszelkie informacje jakie potrzebne są do zbudowania i utrzymania przy życiu dany organizm. Opublikowana przez konsorcjum mapa wskazuje które geny są odpowiedzialne za wzrost rośliny, wydajność zbiorów, odporność na różnego rodzaju infekcje, ale również czynniki środowiskowe.

Żałuję, że nie jestem na początku mojej kariery, ponieważ dopiero teraz, gdy możemy sprawnie rozszyfrować biologię naszej ulubionej rośliny uprawnej, zaczyna się prawdziwa zabawa.
Dr Catherine Feuillet, Inari Agriculture, członek konsorcjum

Co nas czeka w najbliższej przyszłości? Czy opisany krok milowy pozwoli dostosować Triticum aestivum do zmieniającego się klimatu i zwiększyć wydajność jej uprawy? Czy też opracowane dzięki wysiłkowi konsorcjum nowe odmiany pszenicy podzielą los złotego ryżu?

Publikacje źródłowe:
Publikacja w czasopiśmie Science