Исследователи из Национального института биологии (NIB) в Любляне, Словения, в сотрудничестве с международными партнерами, такими как Университет Потсдама и Институт молекулярной физиологии растений Макса Планка, разработали первую комплексную геномную метаболическую модель картофеля, получившую название potato-GEM.
Этот передовой инструмент призван ускорить разработку сортов картофеля, более устойчивых к вредителям и климатическим изменениям, а также повысить урожайность этой важнейшей культуры. Картофель является одним из основных продуктов питания в мире, однако он уязвим для вирусных инфекций и атак со стороны травоядных насекомых, таких как колорадский жук. По оценкам, нашествия колорадского жука могут приводить к ежегодным потерям урожая до 80%.
Когда растения подвергаются стрессу, они замедляют рост, перенаправляя метаболические ресурсы на защиту, включая производство сигнальных и защитных соединений. Этот компромисс между ростом и защитой является ключевым аспектом, который исследователи стремились понять и смоделировать. Potato-GEM представляет собой масштабную реконструкцию всего известного вторичного метаболизма картофеля. Эта модель позволяет проводить всесторонний анализ взаимодействия между процессами роста и защиты, предоставляя ценную платформу для дальнейших разработок и применения в селекции.
Как отметил Ян Зримец из NIB, «масштабная метаболическая реконструкция potato-GEM охватывает весь известный вторичный метаболизм этой важной культуры». Кристина Груден, руководитель исследовательской группы в NIB, подчеркнула важность понимания молекулярных механизмов реакции растений на стресс: «Понимание молекулярных механизмов реакции растений на стресс может улучшить селекционные стратегии и помочь нам разработать сорта картофеля с повышенной устойчивостью к стрессу, более высокой урожайностью и лучшим качеством».
Разработка potato-GEM открывает новые возможности для селекционеров и биотехнологов. Модель позволяет точно определять метаболические узкие места, где сталкиваются усилия по росту и защите, а также разрабатывать стратегии селекции для оптимизации урожайности без ущерба для естественных защитных механизмов. Кроме того, исследователи могут тестировать «виртуальные» генетические изменения перед тем, как вкладывать ресурсы в многолетние селекционные испытания.
Эта работа, опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, является значительным шагом вперед в моделировании метаболизма растений и имеет прямое применение в селекционных программах, предлагая перспективу для будущего, где биотехнология растений сочетается с точным земледелием для борьбы с глобальной продовольственной безопасностью. Исследователи из Университета Потсдама, в частности профессор биоинформатики Зоран Николовски, подчеркнули потенциал модели для детального анализа взаимодействий между ростом и защитными процессами. Эта работа является примером того, как фундаментальные научные исследования могут привести к практическим решениям для повышения устойчивости и продуктивности сельскохозяйственных культур в условиях меняющегося климата и растущего населения планеты.