Vi lever i en ständigt föränderlig och växande värld. Förändrade klimat, framväxande skadedjur och andra miljöpåfrestningar sätter press på de kontanta grödor som matar och ger bränsle till världen. När vi tävlar för att möta den växande efterfrågan på hållbara och högkvalitativa mat- och fibergrödor, dyker genomik fram som ett kraftfullt verktyg i kampen. Genom att förstå växternas genetiska koder kan forskare och uppfödare utveckla grödor med ökad avkastning, förbättrad motståndskraft mot skadedjur och sjukdomar och större anpassningsförmåga till miljöutmaningar.
Genominformerad förädling gynnar främst grödor med befintliga högkvalitativa genomiska resurser, som ris och vete. Men grödor med mindre mogna genomiska resurser måste fortsätta att förlita sig på traditionella förädlingsmetoder, som ibland lider på grund av bristen på genomisk mångfald inom avelspopulationerna.
Bomull, en viktig kassaskörd över hela världen, saknar robusta genomiska resurser. Bomullsindustrin är ett stort företag, med en global ekonomisk effekt på 600 miljarder dollar och ger jobb åt mer än 250 miljoner människor. Framgångsrik bomullsproduktion förlitar sig på bomullssorter med önskvärda egenskaper som hög avkastning, god fiberkvalitet, motståndskraft mot skadedjur och sjukdomar och torktolerant.
"Bomullsuppfödare har förbättrat fiberutbytet och kvaliteten under åren med traditionella avelsmetoder", säger Jeremy Schmutz, meddirektör för HudsonAlpha Genome Sequencing Center, som har arbetat med bomullsgenomik i över ett decennium. "Att uppnå ytterligare förbättringar kan vara svårt för dem på grund av bristen på genetisk variation över modern domesticerad bomull. Att skapa nya genomiska verktyg för industrin kommer att hjälpa till att ta bomullsförbättringar till nästa nivå."
Forskare vid HudsonAlpha Institute for Biotechnology Genome Sequencing Center (GSC) och andra samarbetspartners siktar på att skapa högkvalitativa genomsekvenser för tre viktiga bomullsvarianter, vilket ger nödvändiga genomresurser för bomullsuppfödare. Resultaten publicerades nyligen i Nature Plants .
"Bomullsforskning har förlitat sig mycket på ett referensgenom, 'TM1', en mängd bomull som inte längre används i stor utsträckning i avelsprogram", säger Avinash Sreedasyam, Ph.D., första författare till manuskriptet. "För att molekylär förädling ska gynna bomullsindustrin måste det finnas många olika genom för att representera mångfalden av bomullssorter. Denna studie genererade referensgenom av hög kvalitet för tre moderna bomullssorter i höglandet och uppdaterade "TM-1" bomullsgenetiken standardreferens."
Inledande analys av de nya referensgenomen gav viktig information om fiberkvalitet. De mycket exakta och kompletta genomsammansättningarna användes för att identifiera genetiskt material från Pima-bomull (känd för överlägsen fiberkvalitet) inom moderna bomullsvarianter. Små segment av varje genom jämfördes med både Pima och referensbomullsgenomet.
Segment som matchade Pima närmare än referensbomullen klassificerades som potentiella introgressioner, vilket tyder på att Pima DNA hade införlivats i den moderna bomullens genetiska makeup. Kunskap om dessa Pima-introgressioner kommer att hjälpa uppfödare att effektivt välja ut avkomma med dessa fiberkvalitetslänkade genetiska markörer i sina avelsprogram.
"Att utnyttja relativt billig lågpasssekvensering tillsammans med dessa genom ger uppfödare möjlighet att välja avkomma snabbt", säger Sreedasyam. "Detta kommer inte bara att spara tid utan också minska kostnaderna förknippade med traditionell fiberfenotypning, en mödosam process som vanligtvis kräver hundratals till tusentals prover per förädlingscykel."
Dessa fynd understryker betydelsen av att använda detaljerade genomsammansättningar för att upptäcka genetiska variationer som kan förbättra programmen för bomullsförädling. Ju mer dessa nya, högkvalitativa genom används för jämförande studier, desto mer information om ekonomiskt viktiga bomullsegenskaper kommer att dyka upp. De genomiska resurserna som beskrivs i denna studie representerar ett värdefullt tillägg till bomullsförädlingsverktyget och kommer att skörda fördelar i många år framöver.
Samarbetspartners i detta projekt inkluderar Don C. Jones, Cotton Incorporated, NC; Peng W. Chee, University of Georgia, Tifton, GA; Warwick N. Stiller, CSIRO, Cotton Research Unit, Australien; och Fred Bourland, University of Arkansas, Keiser, AR.
