Piętnaście lat temu naukowcy ogłosili, że zakończyli sekwencjonowanie ludzkiego genomu, monumentalne zadanie, które wymagało dziesięcioleci badań i miliardów dolarów. Potem może wydawać się, że mapowanie genetyki siedzącej rośliny byłoby łatwe. Ale tak wcale nie było. Okazuje się, że DNA starej dobrej pszenicy chlebowej odmiany ogrodowej jest splątanym, skomplikowanym bałaganem, a złamanie kodu wydawało się niemożliwym wyczynem - do tej pory.
Naukowcy w końcu zsekwencjonowali genom pszenicy, co jest przełomem, który może prowadzić do innowacji takich jak odmiany odporne na suszę i bogate w witaminy, pisze Ed Yong z The Atlantic.
Yong wyjaśnia, że genom pszenicy jest tak złożony, ponieważ genetycznie jest to trzy gatunki w jednym. Około 500 000 lat temu dwóch trawiastych przodków pszenicy naturalnie hybrydyzowało, tworząc pszenicę dziko zmieloną. Kiedy wcześni rolnicy udomowili roślinę, inny blisko spokrewniony gatunek trawy również dodał materiał genetyczny do mieszanki. Oznacza to, że genom ma trzy pary każdego chromosomu. Oznacza to również, że w porównaniu z ludzkim genomem, który ma 3 miliardy nukleotydów lub liter genetycznych, pszenica ma 16 miliardów. I tylko jeden chromosom, jak mówi Yong, jest większy niż cały genom soi. Cały genom, składający się z 21 chromosomów, zawiera także mylące powtarzające się elementy, które stanowią 85 procent sekwencji.
Wysiłek na rzecz zrozumienia DNA pszenicy był równie duży jak sam genom. Według Elizabeth Pennisi z Science, w ciągu 13 lat 200 naukowców z 73 instytucji w 20 krajach (zwanych także Międzynarodowym Konsorcjum Sekwencjonowania Genomu Pszenicy) i 75 milionów dolarów zgarnęło pszenicę. Ostatecznie nowy w pełni opatrzony adnotacjami genom odniesienia, opublikowany w czasopiśmie Science, zawiera dokładną lokalizację 107 891 genów i 4 miliony markerów molekularnych z odmiany pszenicy chlebowej o nazwie Chinese Spring.
Rudi Appels, biolog molekularny z Agriculture Victoria w Australii, który jest częścią konsorcjum, mówi, że kiedy projekt się rozpoczął, wiele osób uważało, że sekwencjonowanie jest niemożliwe. Ale czas i technologia sprawiły, że projekt stał się rzeczywistością. „Myślałem, że pszenica zasługuje na to, by być tak dobrze zdefiniowanym jak ludzki genom, a wtedy technologia naprawdę się ogromnie rozwinęła”, mówi Melissa Davey z The Guardian. „Nagle to, co kiedyś było dosłownie niemożliwe, wydawało się możliwe do osiągnięcia, a ja chciałem tam być i wychwytywać nowe technologie, gdy się pojawiły”
Hodowla pszenicy tradycyjnymi metodami stała się niezwykle trudna ze względu na złożoną genetykę rośliny. Nowy genom referencyjny da naukowcom mapę drogową, jak ulepszyć roślinę. Wczesne wersje genomu już rozpoczęły badania nad pszenicą. „To, co zajęło nam lata w przeszłości, zajmuje nam teraz jedną noc” - mówi Pengeisi Jorge Dubcovsky z University of California w Davis. „To jak chodzenie z mapą Google”.
Naukowcy z John Innes Centre w Norwich w Wielkiej Brytanii wykorzystali już genom do identyfikacji genów pod kątem wielkości ziarna. Dzięki technologii edycji genów CRISPR byli w stanie wyprodukować pszenicę o ziarnach o 20 procent większych niż normalnie. Inne zespoły używają genomu do produkcji odmian, które nie muszą zimować w ziemi, aby kiełkować. Inni badają geny, które sprawiają, że pszenica jest mniej podatna na owady. Naukowcy przyglądają się także genom produkującym białka wywołujące alergie, mając nadzieję na hodowanie hipoalergicznej pszenicy.
Sekwencjonowanie, choć trudne, było konieczne. Wielu rolników wcześnie poparło projekt - i nie bez powodu. Obecnie pszenica stanowi około 20 procent wszystkich kalorii spożywanych na Ziemi. Jeśli liczba ludności będzie nadal rosła, rolnicy będą musieli co roku produkować coraz więcej, aby wesprzeć ludzkość do 2050 r. Jednak przekształcenie milionów akrów w pola uprawne jest kosztowne i miałoby ogromne konsekwencje dla środowiska. Oznacza to, że zyski muszą pochodzić z samej pszenicy, dzięki lepszym odmianom i twardszej odporności na żywioły i owady.
Nadzieja, że genom jest już dostępny, polega na tym, że pszenica przeżyje kilka innowacyjnych boomów, jakich doświadczyły inne uprawy, w tym kukurydzę, której genom opublikowano w 2009 r., I ryż, który ukończono w 2005 r.
