Расшифрован геном арахиса с беспрецедентной точностью

Международная группа ученых, включая специалистов из Службы сельскохозяйственных исследований США (ARS), получила наиболее четкую картину сложной геномной истории культурного арахиса. Это открывает потенциал для улучшения устойчивости к вредителям и засухе.

Целью проекта было лучше понять молекулярные и клеточные механизмы роста и развития растения, а также проявления желательных признаков: высокой урожайности семян, улучшенного качества масла и устойчивости к болезням и вредителям, таким как галловые нематоды.

Культурный арахис (Arachis hypogaea) — важная зернобобовая и масличная культура, общая мировая площадь его возделывания составляет около 59 миллионов акров. Помимо масла, семена содержат белок, витамины и другие питательные вещества. Производство арахиса в США оценивается в $2 млрд в год.

История культурного арахиса началась несколько тысяч лет назад в Южной Америке, где в результате редкого генетического события объединились геномы двух диких предков — A. duranensis и A. ipaensis. В результате современный арахис имеет сложный гибридный геном размером почти с человеческий (около 3 миллиардов пар оснований ДНК).

Изначально ученые секвенировали геномы двух диких предков по отдельности, что позволило идентифицировать структурные особенности их геномов и генов. Эти результаты были опубликованы в журнале Nature Genetics в 2016 году. Теперь, с помощью современного оборудования, исследователи секвенировали два объединенных генома в одном коммерчески выращиваемом сорте арахиса 'Tifrunner', заполнив пробелы предыдущего исследования.

Это новое достижение, описанное в майском выпуске Nature Genetics 2019 года, уже дало интересные результаты:

• Географическое происхождение: Геномный анализ указал на регион Рио-Секо в северной Аргентине как на вероятное место происхождения A. duranensis. Ученые предполагают, что древние фермеры, мигрировавшие туда из Боливии, принесли с собой A. ipaensis, что привело к скрещиванию видов.
• Механизм наследования: Исследователи воссоздали историческое слияние геномов, скрестив два древних вида и проанализировав семь поколений потомства. Это выявило необычную модель обмена и делеций (удалений) ДНК между двумя «субгеномами» диких видов, что объясняет разнообразие размера, формы, цвета семян и других признаков у современных сортов арахиса.

Работу возглавил исследователь из Университета Джорджии Дэвид Бертиоли в рамках «Международной инициативы по геному арахиса» с участием ученых из четырех лабораторий ARS и других организаций США, Аргентины, Бразилии, Китая и Индии.