Расшифрован геном живого ископаемого

В журнале GigaScience опубликована статья с представлением последовательности генома Ginkgo biloba — древнейшего из ныне существующих видов деревьев. Исследование провела команда учёных из BGI, Чжэцзянского университета и Китайской академии наук, проанализировавшая исключительно большой геном, содержащий более 10 миллиардов «букв» ДНК. Гинкго считается «живым ископаемым», так как его форма и структура почти не изменились за 270 миллионов лет существования. Благодаря долголетию вида и уникальному положению на эволюционном древе жизни, геном гинкго станет важным ресурсом для изучения защиты растений от насекомых и патогенов, а также для исследования ранних этапов эволюции деревьев и эволюции в целом.

Секвенирование генома было сложной задачей из-за его размера и огромного количества повторов. Геном гинкго превышает 10 Гб, что в 80 раз больше генома «модельного растения» Arabidopsis thaliana и больше, чем у других растений с крупными геномами, таких как кукуруза или орхидеи.

Вэньбинь Чэнь из BGI объяснил трудности: «Было сгенерировано огромное количество сырых данных (~2 ТБ), а вычислительные мощности столкнулись с проблемами из-за объёма данных и чрезвычайно высокой доли повторяющихся последовательностей (не менее 76,58%). Большой размер генома, вероятно, обусловлен дупликацией всего генома и вставкой повторов, а также самыми длинными интронами среди всех секвенированных видов из-за вставок мобильных элементов».

Гинкго — единственный сохранившийся представитель необычной группы нецветковых растений, появившихся не менее 270 миллионов лет назад, и занимает уникальное место в эволюции растений. Профессор Юньпэн Чжао отметил: «Гинкго представляет одну из пяти живых групп семенных растений и не имеет живых родственников. Такой геном заполняет важный филогенетический пробел у наземных растений и даёт ключевые генетические ресурсы для решения эволюционных вопросов».

Исследователей также привлекает необычайная устойчивость гинкго к неблагоприятным условиям. Деревья гинкго пережили оледенения в Китае, а некоторые особи живут несколько тысяч лет. Растение способно защищаться от широкого спектра угроз, используя химическое оружие против насекомых, бактерий и грибов.

Анализ более 40 000 предсказанных генов показал значительное расширение семейств генов, отвечающих за различные защитные механизмы. Гены устойчивости к патогенам часто дублированы. Кроме того, гинкго использует двойную стратегию против насекомых: синтезирует химические вещества для прямой борьбы и выделяет летучие органические соединения, привлекающие врагов растительноядных насекомых. Наличие множества механизмов защиты может быть связано с исключительной устойчивостью гинкго, а полученные данные полезны для понимания систем защиты растений и повышения продовольственной безопасности.