Анализ выявил стабильность генома хлопка у глобальных линий
Хлопок — ключевая мировая культура, от которой зависят средства к существованию 100 миллионов семей, а его годовой экономический эффект составляет $500 млрд. В США выращивают два основных сорта: Upland cotton (Gossypium hirsutum, 95%) и American Pima (G. barbadense, 5%). Они входят в пятерку основных линий хлопка, куда также относятся G. tomentosum, G. mustelinum и G. darwinii. Все они являются гибридами с геномами A и D, а размер их генома составляет около 2,3 миллиарда пар оснований (2,3 Гб).
Межведомственная команда исследователей, включая специалистов из Объединенного института геномики Министерства энергетики США (DOE JGI), секвенировала и собрала геномы этих пяти линий хлопка. Результаты опубликованы 20 апреля 2020 года в Nature Genetics. Старшие авторы работы — Джейн Гримвуд и Джереми Шмутц из Программы по растениям JGI.
Цель работы — внедрить молекулярные методы селекции в хлопководство. Изучение геномов хлопка помогает селекционерам понять, как улучшать культуру на генетическом уровне, в том числе важность полиплоидии (наличия нескольких копий генома). Кроме того, хлопок почти целиком состоит из целлюлозы и служит моделью для изучения молекулярного развития этого волокна.
Геномы хлопка на Phytozome
Геномы всех пяти линий хлопка и геном D доступны для сравнительного анализа на портале данных о растениях JGI — Phytozome. Они аннотированы с помощью конвейера аннотации растений JGI, что обеспечивает высококачественное сравнение этих геномов между собой и с другими растительными геномами.
Сравнительный анализ пяти геномов выявил уникальные гены, связанные с признаками волокна и семян у одомашненных видов G. barbadense и G. hirsutum. Уникальные гены также были найдены у трёх диких видов. Исследователи ожидали найти большее разнообразие генов устойчивости к болезням у диких тетраплоидных видов, но этого не произошло.
Несмотря на то, что основные линии хлопка расселились и диверсифицировались более миллиона лет назад, их геномы оказались «поразительно» стабильными. Генетическое сходство было настолько велико, что учёные поначалу думали, что секвенируют один и тот же геном несколько раз.
Польза для науки и производства
Результаты исследования позволят глубже понять биологию хлопка, что приведёт к повышению урожайности, улучшению качества волокна и снижению затрат. Пользу от этой работы в течение многих лет будут получать производители, текстильная промышленность и потребители.
Сборка большого и сложного генома хлопка требует тщательного выбора исполнителей. Работа команды JGI считается «золотым стандартом» в мировом хлопковом сообществе. Инвестиции в такие фундаментальные исследования, как создание референсных геномов, — это необходимая основа для будущих прорывов, включая редактирование генов. Эти технологии могут принести практическую пользу через 10–15 лет, но без базовых знаний их развитие невозможно.