Учёные из Сколтеха, Международного центра улучшения кукурузы и пшеницы в Мексике, Исследовательского центра зерновых и промышленных культур в Италии, а также других международных организаций вывели новые линии твёрдой пшеницы, способные выдерживать кратковременные заморозки, сохраняя при этом качество зерна, необходимое для производства пасты высокого качества. Работа, опубликованная в журнале Frontiers in Plant Science, представляет новую стратегию селекции, которая может помочь сделать производство пшеницы более устойчивым к климатическим изменениям.

Твёрдая пшеница — основное сырьё для производства пасты во всём мире, однако она остаётся крайне уязвимой к внезапным заморозкам. С усилением климатической нестабильности непредсказуемые похолодания создают всё больший риск для производства пшеницы. В то же время селекционеры должны сохранять высокое качество клейковины, которое придаёт пасте характерную текстуру и свойства при варке.

Чтобы решить эту задачу, исследовательская группа проанализировала 250 образцов твёрдой пшеницы со всей Европы, объединив генетические и фенотипические данные для выявления ключевых участков генома, отвечающих за морозостойкость и качество зерна. Анализ выявил чёткое генетическое разделение между южноевропейскими сортами, которые создавались преимущественно для производства качественной пасты, и восточноевропейскими образцами, адаптированными к более холодному климату.

Исследователи уделили особое внимание хорошо изученному генетическому участку на хромосоме 5А, соответствующему локусу Fr-A2, который играет ключевую роль в морозостойкости и объясняет более четверти различий в выживаемости при замерзании между разными сортами пшеницы. Они также подтвердили наличие генетического маркера, связанного с крепостью клейковины — важнейшим показателем качества пасты. Опираясь на эти результаты, учёные применили метод геномной селекции, используя информацию о маркерах по всему геному для прогнозирования характеристик селекционных линий, и объединили это с моделированием скрещиваний для выявления оптимальных родительских комбинаций. Такой подход позволил отобрать лучшие родительские пары ещё до полевых испытаний, значительно сократив необходимость в селекции методом проб и ошибок. Важно, что это одно из первых применений геномной селекции, интегрированной в практическую селекционную программу для твёрдой пшеницы в России.

«Предложенный подход был проверен на реальных селекционных популяциях, где с помощью молекулярных маркеров, выявленных в ходе полногеномного анализа ассоциаций, были отобраны линии потомства, несущие благоприятные варианты генов как для морозостойкости, так и для крепости клейковины. Результаты подтвердили, что метод геномной селекции позволяет успешно сочетать эти признаки, предлагая масштабируемую стратегию для создания климатически устойчивой твёрдой пшеницы», — поделился Явар Хабиб, младший научный сотрудник Центра био- и медицинских технологий Сколтеха, первый автор работы, который приехал учиться в Сколтех из Индии и окончил программу аспирантуры «Агробиотехнологии и инжиниринг».

В результате исследования было отобрано около 60 новых линий пшеницы, сочетающих холодостойкость с высокими показателями клейковины. Эта работа является важным шагом на пути к созданию сортов, способных обеспечить стабильное производство качественной пасты в условиях растущей климатической нестабильности. Предложенная методология также может быть применена для улучшения других сложных признаков сельскохозяйственных культур.