دانشمندان با استفاده از سرنخ‌های صد ساله مقاومت و عملکرد گندم را افزایش می‌دهند
یک مطالعه بین‌المللی ده ساله قابلیت‌های ژنتیکی ناشناخته‌ای در گونه‌های مدرن گندم را نشان داده است.
محققان دریافتند که بیش از ۶۰ درصد تنوع ژنتیکی موجود در مجموعه تاریخی گندم استفاده نشده باقی مانده است که قابلیت بی‌نظیری برای بهبود گونه‌های مدرن گندم و کمک به تغذیه پایدار جمعیت روبه‌رشد جهانی ارائه می‌دهد.
یک قرن پیش، دانشمند گیاه‌شناس آرتور واتکینز پروژه‌ای فوق‌العاده را آغاز کرد و نمونه‌های گندم از سراسر جهان جمع‌آوری کرد. او به صورت مداوم کنسول‌ها و نمایندگان تجاری در امپراتوری بریتانیا و فراتر از آن را ترغیب کرد تا غلات از بازارهای محلی برای او ارسال کنند.
همکاری بین دانشمندان بریتانیایی و چینی، DNA تمام ۸۲۷ گونه گندم جمع‌آوری‌شده توسط واتکینز که برای تقریبا یک قرن حفظ شده بودند، را تعیین توالی کردند.
این تلاش تعیین توالی با شناسایی ژن‌های ناشناخته قبلی، یک معدن طلای ژنتیکی ایجاد کرده است. این ژن‌ها اکنون برای توسعه گونه‌های مقاوم گندم با عملکرد بالاتر، که به تلاش‌ها برای تغذیه جمعیت روبه‌رشد زمین کمک می‌کنند، استفاده می‌شوند.
مجموعه واتکینز
مجموعه A.E. واتکینز از گندم نان که در دهه‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ از ۳۲ کشور جمع‌آوری شده است، به عنوان جامع‌ترین مجموعه تاریخی گندم در سطح جهانی ایستاده است.
این مجموعه تنوع گندم‌های کشت‌شده قبل از شروع پرورش سیستماتیک مدرن گیاهان را نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که چگونه تنوع ژنتیکی به صورت خوشه‌ها یا گروه‌های اجدادی در سراسر جهان پراکنده است.
دکتر سیمون گریفیثز، رهبر گروه در مرکز جان اینس و هم‌نویسنده مطالعه مرتبط، پتانسیل استفاده نشده مجموعه را برجسته کرد: “این ۶۰٪ کشف‌شده در این مطالعه پر از ژن‌های مفیدی است که نیاز داریم برای تغذیه پایدار مردم استفاده کنیم. طی ده هزار سال گذشته گرایش به انتخاب ویژگی‌هایی داشتیم که عملکرد را افزایش می‌دهند و مقاومت به بیماری را بهبود می‌بخشند.”
دکتر گریفیثز افزود: “این کشف تفاوت بزرگی در قابلیت ما برای تغذیه جهان ایجاد خواهد کرد همانطور که دما افزایش می‌یابد و کشاورزی تحت فشار شرایط اقلیمی قرار می‌گیرد.”
تعیین ژنوتیپ گندم
“گندم ستون فقرات تمدن انسانی بوده است ،” گفت گریفیثز. “در مناطقی مانند اروپا، شمال آفریقا، بخش‌های وسیعی از آسیا و در نهایت آمریکای شمالی، کشت آن امپراتوری‌های بزرگی را تغذیه کرده است، از مصر باستان تا رشد بریتانیای مدرن.”
دانشمندان به دنبال شناسایی و مطالعه ژن‌های گندم در مجموعه واتکینز پس از ظهور تعیین توالی DNA در مقیاس بزرگ بیش از یک دهه قبل بودند، اما با چالشی منحصر به فرد مواجه شدند: ژنوم گندم بسیار بزرگ است و حاوی ۱۷ میلیارد واحد DNA است در مقایسه با ۳ میلیارد جفت پایه در ژنوم انسان.
برای غلبه بر این، گریفیثز و تیمش نمونه‌هایی از مجموعه واتکینز به پروفسور شیفنگ چنگ در آکادمی علوم کشاورزی چین فرستادند. سه ماه بعد، چمدانی پر از هارد دیسک‌های حاوی یک پتابایت (یک میلیون گیگابایت) داده‌های کدگذاری‌شده دریافت کردند.
تحلیل داده‌های ژنومی انجام‌شده توسط تیم چینی نشان داد که گونه‌های گندم مدرن از مناطق مرکزی و غربی اروپا منشأ گرفته‌اند. به طور شگفت‌انگیز، تنها دو مورد از هفت گروه اجدادی از مجموعه واتکینز در پرورش گیاهان مدرن استفاده شده است.
بهبود گندم مدرن
محققان ویژگی‌های کلیدی در تنوع ژنتیکی استفاده نشده مجموعه واتکینز را شناسایی کرده‌اند، مانند کارایی استفاده از نیتروژن، مقاومت در برابر حلزون و مقاومت در برابر آفات و بیماری‌ها.
کاهش استفاده از کود در کشاورزی، که هزینه‌بر است و به انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند، برای حرکت به سمت کشاورزی بدون کربن ضروری است. بهبود کارایی استفاده از نیتروژن در محصولات و کاهش اثر نیتروژن کشاورزی یک چالش جهانی است.
به لطف این مطالعه، این ویژگی‌های ارزشمند برای اولین بار طی یک قرن وارد گندم مدرن شده‌اند و داده‌ها و ابزارهای حاصله در حال حاضر برای بهبود محصولات استفاده می‌شوند.
این تحقیق اطلاعات ژنتیکی را به ویژگی‌های گیاه و پرورش عملی متصل می‌کند و زمینه برای توسعه گونه‌های جدید گندم با استفاده از تحلیل تمام‌ژنوم فراهم می‌کند.
این مطالعه در Nature منتشر شده است.
