Китайские ученые расшифровали геном диплоидного хлопчатника Gossypium arboreum

Ученые из Китайской академии сельскохозяйственных наук и BGI успешно расшифровали геномную последовательность другого диплоидного хлопчатника — Gossypium arboreum (AA), после завершения в 2012 году секвенирования G. raimondii (DD). G. arboreum, культурный вид хлопчатника, является предполагаемым донором A-субгенома хлопка. Его полный геном будет играть важную роль в будущей молекулярной селекции и генетическом улучшении хлопка и его близких родственников. Исследование опубликовано онлайн в журнале Nature Genetics.

Хлопок — одна из важнейших экономических культур и отличная модель для изучения полиплоидизации, удлинения клеток и биосинтеза клеточной стенки. Однако генетические механизмы, лежащие в основе сложной аллотетраплоидной природы его генома (AADD), остаются малоизученными. Считается, что все современные диплоидные виды хлопчатника произошли от общего предка, а все тетраплоидные виды возникли в результате межвидовой гибридизации между культурным видом G. arboreum и некультурным видом G. raimondii.

В данном исследовании геном G. arboreum был секвенирован и собран с помощью подхода «дробовика» (whole-genome shotgun), в результате чего был получен черновой геном размером 1 694 Мб. Около 90,4% собранных скаффолдов G. arboreum были размещены и ориентированы на 13 псевдохромосомах.

Исследователи обнаружили, что значительный вклад в формирование удвоенного по размеру генома G. arboreum (по сравнению с G. raimondii) внесли вставки LTR-ретротранспозонов и экспансия LTR-семейств. Молекулярно-филогенетический анализ показал, что виды G. arboreum и G. raimondii разошлись около 5 миллионов лет назад, при этом их белковый потенциал остался в основном неизменным.

Сравнительные транскриптомные исследования показали, что NBS-кодирующие подсемейства играют важную роль в иммунитете к Verticillium dahliae. Устойчивость G. raimondii к этому патогену обусловлена экспансией и сокращением количества NBS-кодирующих генов, тогда как потеря этих генов в геноме G. arboreum ответственна за его восприимчивость.

Ещё одним важным открытием стало понимание роста клеток волокна хлопка. Учёные выяснили, что ключевым модулятором этого процесса является ген 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатоксидазы (ACO). Исследователи предполагают, что избыточная продукция ACO может быть причиной плохого производства прядильного волокна у G. raimondii, тогда как инактивация ACO у G. arboreum могла способствовать развитию его волокна.

Геном G. arboreum станет важным ориентиром для сборки геномов тетраплоидных хлопчатников и эволюционных исследований видов Gossypium. Он также предоставляет важный инструмент для идентификации, изоляции и манипулирования генами хлопка, отвечающими за хозяйственно-ценные признаки, для молекулярной селекции и генетического улучшения.