Патрик Браун, доцент кафедры селекции и генетики растений, сказал, что полная характеристика мест (локусов), влияющих на определенные признаки, ускорит адаптацию сорго и других родственных трав к новым системам производства как продуктов питания, так и топлива.
Браун работает над проектом через Институт биологических наук в области энергетики в Университете I, надеясь использовать результаты исследования сорго в качестве стартовой площадки для работы со сложными геномами другого сырья. EBI предоставила стартовое финансирование для исследования.
Чтобы адаптировать засухоустойчивое тропическое сорго к умеренному климату, Браун объяснил, что линии сорго были преобразованы в течение многих лет путем отбора и скрещивания экзотических линий с линиями, адаптированными к умеренному климату, для создания линий, нечувствительных к фотопериоду для раннего созревания, а также более коротких. растения, которые можно собирать машинным способом.
«Удивительно, но никто никогда не генотипировал эти линии, чтобы выяснить, что произошло, когда они были адаптированы», – сказал Браун. "Теперь, когда генотипирование дешево, вы можете получить много данных за скромные инвестиции."
В предыдущих исследованиях изучалась конкретная область генома или меньшее подмножество этих линий. "Это первое исследование, в котором рассматриваются все. В предыдущей статье рассматривалась конкретная область хромосомы 6. То, что мы сделали, было ненамного дороже, и мы получили более широкую картину, полностью основанную на технологиях ", – сказал он.
Исследователи использовали новую технику под названием «генотипирование путем секвенирования» (GBS) для картирования генетических различий в 1160 линиях сорго.
Браун сказал, что GBS – это новая технология, разработанная за последние два года. Браун и его команда вместе с другими исследователями внесли усовершенствования в этот процесс. «Используя GBS, теперь мы можем покрыть весь геном с некоторыми пробелами в отдельных линиях», – сказал он.
Хотя для зернового сорго было сделано много улучшений, Браун сказал, что мало улучшений было сделано для сладкого или биоэнергетического типа.
"Одна из причин, по которой все это сейчас нужно заботиться, заключается в том, что до этого момента сорго в основном выращивалось на зерно. Он довольно короткий, не уносится ветрами на высоких равнинах и очень вынослив. Но сейчас есть большой интерес к использованию сорго для других целей, таких как выращивание сладкого сорго в районах, где выращивают сахарный тростник, и выращивание сорго на биомассе для получения биоэнергетики посредством сжигания или целлюлозных технологий."
По словам Брауна, получение полной карты признаков, которые больше всего интересуют исследователей – высоты и зрелости растений, – поможет исследователям раскрыть разнообразие экзотических линий и привнести его в зерновое сорго.
"Мы сможем начать движение вперед. По сути, мы сможем более легко разводить все эти типы сорго и использовать гены, которые мы вывели в зерновом сорго за последние сто лет, и перенести их в сладкое сорго и сорго из биомассы. Мы думаем, что поиск этих генов будет иметь решающее значение », – сказал он.
Браун сказал, что даже с этой полной генетической картой исследование еще не завершено.
"Я всегда говорю, что здесь у нас есть зерновое сорго, где мы занимаемся почти всей селекцией растений и где мы заложили хорошие гены. Здесь у нас есть экзотическое сорго, которое совсем не улучшалось, но именно здесь находится большая часть генетического разнообразия. Чтобы это генетическое разнообразие было полезным для зернового сорго, нам нужно знать, где находятся гены роста и зрелости, чтобы мы могли внести хорошее разнообразие, сохраняя при этом наше зерновое сорго коротким и ранним, как нам это нужно », – сказал он.
С другой стороны, Браун добавил, что, если необходимо улучшить сладкое, фуражное или биомассовое сорго, исследователи должны будут ввести некоторые гены зернового сорго для таких характеристик, как качество семян или энергия раннего сезона.
"Это общий агрономический материал, ради которого мы разводили, а не гены карликовости и раннеспелости. Большая часть этого сорго сейчас идет на корм для кур или этанол в Соединенных Штатах."
"Мы действительно сотрудничаем с Маркусом Паули, исследователем EBI в Беркли, который изучает состав сорго. Но большая проблема с биомассой сорго прямо сейчас – это влажность биомассы.
В отличие от мискантуса или проса, где вы можете пойти и собрать урожай в феврале, когда он в значительной степени высохнет, а весь азот уже перемещен обратно под землю, сорго так не работает », – сказал Браун.
Поскольку биомасса сорго выращивается ежегодно, растет до наступления заморозков, при сборе урожая оно имеет высокое содержание влаги. "Когда мы срубаем его, остается тонны биомассы. Я не знаю, есть ли что-то еще, что могло бы сравниться с ним в этом районе, но биомасса действительно очень влажная.
Для существующей идеи целлюлозы в ее нынешнем виде это не очень полезно », – сказал он.
«Это одно из препятствий на пути к производству сорго из биомассы прямо сейчас», – сказал он. "Сладкое сорго, из которого вы выдавливаете сладкий сок, как сахарный тростник, может быть ближе к горизонту. В южном Иллинойсе запускается завод по производству этанола, который планирует использовать 25% сладкого сорго.
«Прямо сейчас мы используем сорго в качестве модели – возможно, мы сможем найти гены сорго, с которыми мы также сможем повозиться, в мискантусе или сахарном тростнике», – сказал он.
Браун добавил, что благодаря генетическим исследованиям и улучшениям у зерна сорго появятся и другие возможности с добавленной стоимостью. "Он не такой питательный, как кукуруза, но исследователи рассматривают его как способ борьбы с ожирением. Они ищут соединения, которые не позволят вам усвоить все питательные вещества из пищи в тонком кишечнике », – сказал он.
Другой обнаруженный ген показывает, что сорго производит огромное количество антиоксидантов во внешнем слое зерна. "Она производит в 10 раз больше антиоксидантов, чем черника.
Урожайность гибридов сорго с этими признаками еще не совсем то, что им нужно. Со всем этим есть над чем поработать ", – сказал он.
Исследование было проведено в Energy Biosciences Institute, в рамках сотрудничества, в котором бионаука и биологические методы применяются для решения глобальной энергетической проблемы. Партнерство, финансируемое энергетической компанией BP, включает исследователей из Калифорнийского университета в Беркли; Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне; и Национальная лаборатория Лоуренса Беркли.