Viviamo in un mondo in continua evoluzione e crescita. Il cambiamento climatico, l’emergere di parassiti e altri fattori di stress ambientale mettono sotto pressione le colture da reddito che nutrono e alimentano il mondo. Mentre corriamo per soddisfare la crescente domanda di colture alimentari e di fibre sostenibili e di alta qualità, la genomica sta emergendo come un potente strumento di lotta. Comprendendo i codici genetici delle piante, ricercatori e coltivatori possono sviluppare colture con rendimenti maggiori, migliore resistenza a parassiti e malattie e maggiore adattabilità alle sfide ambientali.
La selezione basata sul genoma avvantaggia principalmente le colture che dispongono di risorse genomiche di alta qualità esistenti, come il riso e il grano. Tuttavia, le colture con risorse genomiche meno mature devono continuare a fare affidamento sui metodi di selezione tradizionali, che a volte soffrono a causa della mancanza di diversità genomica all'interno delle popolazioni riproduttrici.
Il cotone, una coltura vitale in tutto il mondo, è privo di robuste risorse genomiche. L’industria del cotone è un grande business, con un impatto economico globale di 600 miliardi di dollari e che fornisce lavoro a oltre 250 milioni di persone. Una produzione di cotone di successo si basa su varietà di cotone con caratteristiche desiderabili come resa elevata, buona qualità delle fibre, resistenza ai parassiti e alle malattie e tolleranza alla siccità.
"Gli allevatori di cotone hanno migliorato la resa e la qualità delle fibre nel corso degli anni utilizzando metodi di allevamento tradizionali", afferma Jeremy Schmutz, co-direttore dell'HudsonAlpha Genome Sequencing Center, che lavora sulla genomica del cotone da oltre un decennio. "Ottenere ulteriori miglioramenti potrebbe essere difficile per loro a causa della mancanza di variazione genetica nel cotone moderno addomesticato. La creazione di nuovi strumenti genomici per l'industria aiuterà a portare i miglioramenti del cotone a un livello superiore."
Gli scienziati dell’HudsonAlpha Institute for Biotechnology Genome Sequencing Center (GSC) e altri collaboratori hanno deciso di creare sequenze genomiche di alta qualità per tre importanti varietà di cotone, fornendo le risorse genomiche necessarie ai coltivatori di cotone. I risultati sono stati recentemente pubblicati su Nature Plants .
"La ricerca sul cotone si è basata molto su un genoma di riferimento, 'TM1', una varietà di cotone che non è più ampiamente utilizzata nei programmi di allevamento", afferma Avinash Sreedasyam, Ph.D., primo autore del manoscritto. "Affinché la selezione molecolare possa apportare benefici all'industria del cotone, devono esistere molti genomi diversi per rappresentare la diversità delle varietà di cotone. Questo studio ha generato genomi di riferimento di alta qualità per tre moderne cultivar di cotone montane e ha aggiornato la genetica del cotone "TM-1" riferimento standard."
L'analisi iniziale dei nuovi genomi di riferimento ha prodotto importanti informazioni sulla qualità delle fibre. Gli assemblaggi di genomi altamente accurati e completi sono stati utilizzati per identificare il materiale genetico del cotone Pima (noto per la qualità superiore delle fibre) all'interno delle varietà di cotone moderne. Piccoli segmenti di ciascun genoma sono stati confrontati sia con Pima che con il genoma del cotone di riferimento.
I segmenti che corrispondevano più da vicino al Pima rispetto al cotone di riferimento sono stati classificati come potenziali introgressioni, suggerendo che il DNA Pima era stato incorporato nella composizione genetica del cotone moderno. La conoscenza di queste introgressioni Pima aiuterà gli allevatori a selezionare in modo efficiente la progenie con questi marcatori genetici legati alla qualità delle fibre nei loro programmi di allevamento.
"Sfruttare il sequenziamento passa-basso relativamente economico insieme a questi genomi consente agli allevatori di selezionare rapidamente la progenie", afferma Sreedasyam. "Ciò non solo farà risparmiare tempo, ma ridurrà anche i costi associati alla tradizionale fenotipizzazione delle fibre, un processo laborioso che di solito richiede da centinaia a migliaia di campioni per ciclo di selezione."
Questi risultati evidenziano l’importanza dell’utilizzo di assemblaggi genomici dettagliati per scoprire variazioni genetiche che possono migliorare i programmi di selezione del cotone. Quanto più questi nuovi genomi di alta qualità verranno utilizzati per studi comparativi, tanto più emergeranno informazioni sulle caratteristiche del cotone economicamente importanti. Le risorse genomiche descritte in questo studio rappresentano una preziosa aggiunta al kit di strumenti per la selezione del cotone e raccoglieranno benefici negli anni a venire.
I collaboratori di questo progetto includono Don C. Jones, Cotton Incorporated, NC; Peng W. Chee, Università della Georgia, Tifton, GA; Warwick N. Stiller, CSIRO, Unità di ricerca sul cotone, Australia; e Fred Bourland, Università dell'Arkansas, Keiser, AR.
