Секвенирование генома Aristolochia fimbriata проливает свет на эволюцию цветковых растений

Группа исследователей под руководством профессора Цзяо Юаньняня из Института ботаники Китайской академии наук представила высококачественную последовательность генома растения Aristolochia fimbriata. Это дает новые данные об эволюции покрытосеменных (angiosperm), развитии цветка и биосинтезе химических соединений.

Результаты опубликованы в журнале Nature Plants.

Род Aristolochia (Кирказон) относится к порядку Piperales, который входит в группу магнолиид (magnoliids) — одну из ранних эволюционных линий Mesangiospermae. Этот род известен своими высокоспециализированными цветками и широким применением в медицине.

Ключевые открытия:

• Уникальная история дупликаций генома: Исследователи выяснили, что A. fimbriata — лишь второй вид среди сотен секвенированных цветковых растений (после Amborella), у которого с момента происхождения современных покрытосеменных не произошло ни одной видово-специфичной полногеномной дупликации (whole-genome duplication, WGD).
• Уточнение эволюционных событий: Используя этот референсный геном, ученые смогли выявить две ранее упущенные WGD в порядке Piperales и уточнить время уже известных WGD в порядках Magnoliales и Laurales.
• Структурные вариации и филогения: Анализ структурных вариаций генома позволил преодолеть ограничения филогенетических методов, основанных только на последовательностях. Было обнаружено общее для магнолиид и однодольных (monocots) хромосомное перестроение, отсутствующее у двудольных (eudicots). Это указывает на то, что магнолииды и однодольные — сестринские клады, а двудольные — их сестринская линия.
• Функциональная геномика: Расшифровка генома позволила изучить гены, ответственные за развитие уникального цветка и биосинтез природных соединений.
  • Выявлены высококонсервативные гены развития цветка и их особая регуляторная сеть, которая может объяснять сложную морфологию цветка A. fimbriata.
  • Реконструирован полный путь биосинтеза Аристолохиевой кислоты I и определены молекулярные основы биосинтеза терпеноидов и аристолохиевых кислот.

Как отметил профессор Цзяо, геном A. fimbriata стал исключительным референсом для сравнительной геномики и эволюционных исследований цветковых растений.