Dođe vrijeme žetve, polja pamuka izgledaju kao da kokice doslovno rastu na biljkama, s pahuljastim bijelim kuglicama koje izbijaju iz zelenih mahuna u svim smjerovima. U svijetu postoji 100 milijuna obitelji čija sredstva za život ovise o proizvodnji pamuka, a godišnji ekonomski učinak ovog usjeva od 500 milijardi dolara u cijelom svijetu naglašava njegovu vrijednost i važnost u tkivu naših života.
U Sjedinjenim Državama, proizvodnja pamuka se koncentrira na dvije sorte: 95 posto onoga što se uzgaja poznato je kao gorski pamuk (Gossypium hirsutum), dok se preostalih 5 posto naziva američka pima (G.barbadense.) Ovo su dvije od pet glavnih loza pamuka; G. tomentosum, G. mustelinum i G. darwinii su ostali. Sve ove loze pamuka imaju genome veličine otprilike 2,3 milijarde baza ili Gigabaza (Gb) i hibridi su koji se sastoje od genoma pamuka A i pamuka D.
Multi-institucionalni tim koji uključuje istraživače u Zajedničkom institutu za genome (JGI) Ministarstva energetike SAD-a (DOE), korisničkom postrojenju DOE Ureda za znanost koji se nalazi u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) sada je sekvencirao i okupio genome ovih pet loza pamuka. Viši autori rada objavljenog 20. travnja 2020. u Nature Genetics uključuju Jane Grimwood i Jeremyja Schmutz iz JGI-jevog Plant Programa, oboje nastavničkih istraživača na HudsonAlpha Institute for Biotechnology.
"Cilj je bio za sav ovaj novi rad s pamukom, pa čak i izvorni projekt pamuka bio je pokušati unijeti molekularne metode uzgoja u pamuk", rekao je Schmutz, koji vodi JGI-jev Plant Program. On i Grimwood također su bili dio JGI tima koji je pridonio multinacionalnom konzorciju istraživača koji je prije nekoliko godina sekvencirao i sastavljao najjednostavniji genom pamuka (G. raimondii). Proučavanje genoma pamuka pruža uzgajivačima uvid u poboljšanja usjeva na genetskoj razini, uključujući zašto je posjedovanje više kopija njihovih genoma (poliploidija) toliko važno za usjeve. Osim toga, pamuk se gotovo u potpunosti sastoji od celuloze i to je model vlakana za razumijevanje molekularnog razvoja celuloze.
Genomi pamuka na fitozomu
Genomi svih pet linija pamuka i pamuka D dostupni su za komparativnu analizu na JGI-jevom portalu biljnih podataka Phytozome, koji je repozitorij zajednice i resurs za biljne genome. Obilježeni su JGI Plant Annotation cjevovodom, koji pruža visokokvalitetne usporedbe ovih genoma unutar njih samih i s drugim biljnim genomima.
"Globalno, pamuk je najvažnija kultura prirodnih vlakana u svijetu, glavna kultura uljarica i važna kultura za stočnu hranu", istaknuo je David Stelly, još jedan koautor studije na Texas A&M University."Ovo izvješće uspostavlja nove mogućnosti u više osnovnih i primijenjenih znanstvenih disciplina koje se izravno i neizravno odnose na genetsku raznolikost, evoluciju, korištenje divlje germplazme i povećanje učinkovitosti s kojom koristimo prirodne resurse za opskrbu društva."
Komparativna analiza pet genoma pamuka identificirala je jedinstvene gene povezane s vlaknima i osobinama sjemena u udomaćenim vrstama G. barbadense i G. hirsutum. Jedinstveni geni također su identificirani u ostale tri divlje vrste. "Mislili smo: 'U svim tim divljim tetraploidima bit će mnogo gena otpornosti na bolesti koje možemo iskoristiti'", rekao je Schmutz. "Ali pokazalo se da zapravo ne postoji takva raznolikost u divljini pamuka. I ovo mi je nevjerojatno za vrstu koja je bila tako široko rasprostranjena."
U polju, uzgajivači mogu lako razlikovati vrste pamuka po osobinama kao što su boja cvijeta, visina biljke ili prinos vlakana. Na iznenađenje tima, iako su se glavne loze pamuka raspršile i diverzificirale prije više od milijun godina, njihovi su genomi bili "izvanredno" stabilni. "Mislili smo da sekvenciramo isti genom više puta", prisjetio se Schmutz. "Bili smo malo zbunjeni jer su bili tako genetski slični."
Benefits of High Impact Science
"Rezultati opisani u ovoj publikaciji Nature Genetics olakšat će dublje razumijevanje biologije pamuka i dovesti do većeg prinosa i poboljšanih vlakana uz smanjenje ulaznih troškova. Uzgajivači, tekstilna industrija i potrošači izvući će korist iz ove znanosti velikog utjecaja u godinama koje dolaze", rekao je Don Jones, koji se bavi poboljšanjem sorti za Cotton Incorporated, tvrtku za istraživanje i marketing koja predstavlja pamuk u planinskom području financiranu od strane američkih uzgajivača pamuka u planinskim područjima i uvoznika pamuka i pamučnih tekstilnih proizvoda, koji se često nazivaju prljavštinom -lanac vrijednosti košulje.
Sastavljanje velikog i složenog genoma pamuka znači biti selektivan u odabiru tima koji ćete financijski podržati, dodao je Jones. "Moramo biti oprezni od koga tražimo da preuzme ove projekte zbog njihove težine i složenosti, ali bili smo iznimno zadovoljni Jeremyjem, Jane i njihovim timom. Mnoge grupe sastavljaju genome, ali vrlo malo ih radi tako dobro da izdrži test vremena i smatra se zlatnim standardom od strane svjetske zajednice pamuka. Ovo je jedan takav primjer."
Jones je istaknuo da razgovara s uzgajivačima o dugoročnom ulaganju Cotton Inc. u istraživanje usjeva. "Ono što sam rekao našim uzgajivačima je: 'Razmišljajte o ovim referentnim genomima kao o znanju kirurga, a o uređivanju gena kao o novom alatu. Da biste točno znali gdje koristiti svoj nevjerojatno precizan alat, morate znati gdje ga koristiti, koju točnu bazu ili niz baza morate promijeniti.' Zašto bismo trebali ulagati u nešto što nam možda neće imati neposrednu korist tijekom desetljeća? Vjerujemo da se ovo temeljno istraživanje mora provesti kako bi se istraživanje pokrenulo. Često za ove stvari nije potrebno pet ili osam godina, već ponekad 10 ili 15 godina, jer se tehnologija s vremenom razvija."
