Ученые объединили технологии для расшифровки геномов фитопатогенов
Новые инструменты для секвенирования и сборки геномов позволяют ученым больше узнать о функциях и эволюции высокодеструктивных фитопатогенов, устойчивых к фунгицидам, антибактериальным и противовирусным препаратам.
В статье, опубликованной в Molecular Plant-Microbe Interactions, Дэвид Хаак и Джон Макдауэлл из Виргинского политехнического института доказали, что дорогостоящий процесс секвенирования можно улучшить, объединив два поколения технологий.
То, что раньше занимало полтора года и $2 млн, теперь можно сделать за девять дней и $1000 — с большей точностью и применимостью в полевых условиях.
Для проверки своей теории ученые выбрали сложный геном патогена Phytophthora capsici. Этот организм — представитель крайне разрушительной группы патогенов, эволюционный родственник возбудителя картофельного голода в Ирландии в XIX веке.
У этого вида гены вирулентности часто расположены в бедных генами областях, перемежающихся повторяющимися регионами генома. Эти повторяющиеся регионы склонны к быстрой эволюции и являются ключом к пониманию патогенности.
Проблема сборки генома заключается в том, что технологии секвенирования могут прочитать лишь небольшие сегменты ДНК за раз. Повторяющиеся регионы затрудняют правильную сборку: можно ошибочно соединить два несвязанных гена или разделить один ген пополам.
Каждое поколение технологий имеет свои сильные стороны:
- Технологии второго поколения (короткие чтения) — чрезвычайно точны, но плохо справляются с повторяющимися регионами.
- Технологии третьего поколения (длинные чтения, например, Oxford Nanopore Technologies MinION) — менее точны, но позволяют «перекрыть» эти критические повторяющиеся регионы.
Хаак и его команда объединили технологии второго и третьего поколений, чтобы использовать точность первых и способность вторых охватывать повторяющиеся регионы.
Применение этой новой технологии к P. capsici дало неожиданный результат: выяснилось, что геном в 1,5 раза больше, чем считалось ранее.
«Это 30% генома, о существовании которых мы даже не подозревали. И эта часть, несомненно, обогащена именно теми генами, которые помогают понять взаимодействие с растением или реакцию на фунгициды», — сказал Макдауэлл.
Для Хаака наиболее важным результатом работы является доказательство концепции. Существующие базы данных, такие как архив последовательностей, полны данных короткого чтения. Теперь можно использовать эти существующие данные вместе с новой технологией для получения геномов высокого качества.
Новая технология, размером с флеш-накопитель, способна секвенировать в 100 000 раз больше информации примерно за 1,5% времени по сравнению с технологией первого поколения.
Эта разработка может революционизировать сбор геномных данных, позволив ученым быстро улучшать старые и создавать новые сборки геномов для борьбы с деструктивными патогенами.
Получив около 97% генома P. capsici, ученые планируют использовать эти данные для подготовки новых заявок на гранты, посвященных болезням томата, сои и лаванды, вызываемых патогенами из группы Phytophthora.