https://frosthead.com

Sekventering af hvedegenom kan føre til en bredere fremtid

For 15 år siden meddelte videnskabsmænd, at de var færdige med at sekventere det menneskelige genom, en monumental opgave, der krævede årtiers forskning og milliarder af dollars. Efter det kunne det måske virke som at kortlægge genetikken for en stillesiddende plante ville være let. Men det var slet ikke tilfældet. Det viser sig, at DNA fra god, gammel sort brødhve er et sammenfiltret, kompliceret rod, og at knække koden syntes at være en umulig bedrift - indtil nu.

Forskere har endelig sekventeret hvedegenomet, et gennembrud, der kan føre til innovationer som tørresistente og vitaminpakkede sorter, rapporterer Ed Yong på The Atlantic.

Yong forklarer, at hvedets genom er så komplekst, fordi det genetisk er tre arter i én. For en eller anden gang for omkring 500.000 år siden hybridiserede to af de græssede forfædre til hvede naturligt og skabte vild emmerhvede. Da de tidlige menneskelige landbrugere domestiserede planten, tilføjede en anden tæt beslægtet græseart også genetisk materiale til blandingen. Det betyder, at genomet har tre par af hvert kromosom. Det betyder også, at sammenlignet med det menneskelige genom, som har 3 milliarder nukleotider eller genetiske bogstaver, har hvede 16 milliarder. Og bare et kromosom, siger Yong, er større end hele sojabønnsgenomet. Hele genomet, der består af 21 kromosomer, har også forvirrende gentagne elementer, der udgør 85 procent af sekvensen.

Indsatsen for at forstå hvede-DNA var lige så stor som genomet i sig selv. Ifølge Elizabeth Pennisi hos Science tog det 200 videnskabsfolk fra 73 institutioner i 20 lande (også kendt som International Wheat Genome Sequencing Consortium) i løbet af 13 år og 75 millioner dollars for at knække hvede. I sidste ende inkluderer det nye fuldt annoterede referencegenom, der er offentliggjort i tidsskriftet Science, den nøjagtige placering af 107.891 gener og 4 millioner molekylære markører fra en brødhvedsort, der kaldes Chinese Spring.

Rudi Appels, en molekylærbiolog ved Agriculture Victoria i Australien, der er en del af konsortiet, siger, at da projektet startede, mente mange mennesker, at sekventeringen var umulig. Men tid og teknologi gjorde projektet til virkelighed. ”Jeg troede, hvede fortjente at være lige så defineret som det menneskelige genom, og så udviklede teknologien sig virkelig enormt, ” fortæller han Melissa Davey hos The Guardian. ”Pludselig så det, der engang bogstaveligt talt umulig var, muligt, og jeg ville være der og fange nye teknologier, når de kom igennem.

Opdræt af hvede med traditionelle metoder er blevet notorisk vanskeligt på grund af plantens komplekse genetik. Det nye referencegenom giver forskerne et køreplan over, hvordan man forbedrer planten. Tidlige udkast til genomet har allerede startet hveteforskning. ”Det, der tog os år i fortiden, tager os en nat, ” fortæller Pennisi, Jorge Dubcovsky fra University of California, Davis. ”Det er som at gå med et Google-kort.”

Forskere ved John Innes Center i Norwich, England, har allerede brugt genomet til at identificere gener for kornstørrelse. Ved hjælp af CRISPR gen-redigeringsteknologi var de i stand til at fremstille hvede med korn, der var 20 procent større end normalt. Andre hold bruger genomet til at producere sorter, der ikke behøver at overvinde i jorden for at spire. Andre ser på generne, der gør hvede mindre sårbare over for insekter. Forskere ser også på generne, der producerer proteiner, der forårsager allergi, i håb om at avle hypoallergen hvede.

Sekventeringen, dog vanskelig, var nødvendig. Mange landmænd var tidlige bagmænd for projektet - og med god grund. I øjeblikket udgør hvede cirka 20 procent af alle kalorier, der forbruges på Jorden. Hvis befolkningen fortsætter med at stige, er landmændene nødt til at producere mere og mere hvert år for at støtte menneskeheden i 2050. Men at omdanne millioner hektar til landbrugsjord er dyrt og vil have enorme miljømæssige konsekvenser. Det betyder, at gevinsterne er nødt til at komme fra selve hveten gennem bedre sorter og hårdere modstand mod elementerne og insekterne.

Håbet nu, hvor genomet er derude, er, at hvede vil se nogle af de innovative bommer, som andre afgrøder har oplevet, herunder majs, hvis genom blev offentliggjort i 2009 og ris, som blev afsluttet i 2005.

Sekventering af hvedegenom kan føre til en bredere fremtid