Возможно ли создать высокоурожайные сорта растений, устойчивые одновременно к засухе и патогенам? На первый взгляд, такая мысль может показаться фантастической, но именно в этом направлении работают современные ученые. Профессор Петр Зилковский, сотрудник Института молекулярной биологии и биотехнологии биологического факультета познанского Университета имени Адама Мицкевича, проводит исследования в сфере интеллектуальных стратегий селекции сельскохозяйственных культур. Узнайте больше на poznan-name.eu.
О профессоре Зилковском
Исследователь растений Петр Зилковский учился в Университете наук о жизни, а докторскую степень получил в Институте генетики растений Польской академии наук в Познани. Темой его исследований в этот период была эволюция архитектуры генома растений семейства Brassicaceae.
В 2005 году Петр Зилковский стал научным сотрудником Университета имени Адама Мицкевича. Через три года поехал на стажировку в Манчестерский университет, где в течение четырех месяцев работал с модификациями хроматина в дрожжах.
В период с 2011 по 2015 год был постдокторантом в группе профессора Яна Хендерсона в Кембриджском университете. Там он начал исследования, связанные с селекцией, которые продолжает в настоящее время. В 2016 году ученый вернулся в Университет имени Адама Мицкевича, где собрал группу исследователей для создания интеллектуальных стратегий селекции.
Эти исследования финансируют грант EMBO Installation Grant и грант Фонда польской научной команды, а также Национальный научный центр.
В свободное от научных исследований время Петр Зилковский читает, гуляет со своей собакой и проводит время в кругу семьи.
Генетическая вариация в исследованиях профессора Зилковского
Научная группа профессора Зилковского работает над определением факторов, контролирующих мейотическую рекомбинацию или кроссинговер. О чем именно идет речь? Мейоз – это процесс образования половых клеток в эукариотических клетках (содержащих в структуре ядро). Все эукариотические клетки, включая человеческие, имеют два набора хромосом – материнский и отцовский. Однако при оплодотворении сливаются особые половые клетки только с одним набором. За счет этого количество хромосом остается стабильным из поколения в поколение.
Мейотическая рекомбинация основывается на обмене материнских и родительских генов на стадии образования половых клеток. Поэтому у хромосом есть мозаика фрагментов, полученных от обоих родителей.
Профессор Зилковский заинтересовался изучением этого процесса у растений во время стажировки в Кембриджском университете, а именно:
- есть ли у представителей одного вида отличия в скорости мейотической рекомбинации,
- возможно ли увеличить ее частоту,
- может ли этот процесс быть направлен на определенные места на хромосоме.
Эти вопросы важны для селекции растений с несколькими специфическими признаками, например высокой урожайностью и засухоустойчивостью. Однако эта задача сложна, ведь генетическая вариация сельскохозяйственных культур из-за искусственного отбора маленькая.
Особенности селекции сельскохозяйственных растений
На протяжении тысячелетий фермеры скрещивали злаковые растения, преимущественно учитывая их урожайность. Поэтому большинство особей, которые выращиваются сейчас, идентичны с точки зрения генома. Такой искусственный отбор привел к снижению изменчивости других признаков, например засухоустойчивости. Что касается естественных диких популяций, то они обладают высокой вариативностью, поэтому селекционеры обычно вводят новые версии генов из неродственных линий.
В этом случае можно перенести некоторые нежелательные признаки, которые будут препятствовать обработке или снизить урожайность. Повышение частоты рекомбинации служит возможным решением этой проблемы, поскольку увеличивает вероятность переноса нужного фрагмента хромосомы.
Вторая стратегия группы профессора Зилковского состоит в том, чтобы направить рекомбинацию на определенное место на хромосоме. Для зерновых культур несколько рекомбинаций на одну пару хромосом не способствуют эффективной селекции, поэтому проект познанских ученых перспективен. Чем больше будет известно о ходе рекомбинации, тем легче будет его скорректировать в соответствии с потребностями селекционеров.
Еще во время пребывания в Кембриджском университете профессор Зилковский идентифицировал ген, кодирующий решающий для рекомбинации фермент. Увеличение его количества в клетке способствует увеличению частоты рекомбинации в мейозе. Также он обнаружил, что рекомбинация всегда устремляется к наиболее вариабельным хромосомным участкам. В настоящее время идентифицированный им прорекомбинационный фактор тестируется для использования в выращивании пшеницы и ячменя.
Поэтому в понимании явления рекомбинации благодаря работе познанских ученых уже был достигнут прогресс. Следующим этапом является его контроль и направление на определенные области. Биологи под руководством профессора Зилковского создали инструменты для измерения частоты рекомбинации на хромосоме и продолжают свои исследования для создания новых перспективных культур растений.
