Расшифровка генома каучукового дерева

Исследователи из Центра устойчивых ресурсов RIKEN (CSRS) в Японии совместно с коллегами из Университета Sains Malaysia (USM) успешно расшифровали геномную последовательность Hevea brasiliensis — бразильского каучукового дерева. Опубликованное в Scientific Reports исследование представляет черновую последовательность генома, охватывающую более 93% экспрессируемых генов, и определяет области, специфичные для биосинтеза каучука.

Натуральный каучук содержится в латексных протоках и защищает растения от насекомых при повреждении. Для человека это важный ресурс для промышленности, поскольку обладает полезными свойствами, которые не воспроизводимы в синтетическом каучуке на нефтяной основе. Хотя некоторые штаммы каучукового дерева дают больше каучука, чем другие, причины этого неизвестны. Команда под руководством Минами Мацуи (RIKEN CSRS) и Александра Чонга (USM) секвенировала и проанализировала геном H. brasiliensis. Как поясняет первый автор Ньок Шон Лау, «геномная информация может показать, какие гены способствуют способности каучукового дерева производить большое количество латекса. Это, в свою очередь, поможет нам вывести деревья с более высокой урожайностью».

После секвенирования генома исследователи сравнили его с геномами других растений семейства Euphorbiaceae (молочайные), таких как маниок и клещевина. Они обнаружили, что, хотя растения имеют общий большой кластер из более чем 12 000 семейств генов, почти 2000 семейств генов уникальны для каучукового дерева.

Команда искала гены, связанные с производством каучука и устойчивостью к болезням — два фактора, влияющих на его производство. Было обнаружено, что два наиболее распространенных белка, составляющих каучук — Rubber Elongation Factor и Small Rubber Particle — кодируются большим количеством генов, сгруппированных вместе в небольшой области генома. Хотя другие тропические растения также в некоторой степени экспрессируют эти белки, наличие более восьми копий этих генов уникально для H. brasiliensis. Анализ экспрессии генов методом CAGE, разработанным в RIKEN, показал, что экспрессия этих белков тканеспецифична: в латексе она более чем в 100 раз выше, чем в листьях.

Также было обнаружено, что по сравнению с другими представителями семейства Euphorbiaceae, у каучукового дерева гораздо больше генов, связанных с устойчивостью к болезням, и эти гены также образуют кластеры в геноме. «Высокое производство латекса у каучукового дерева, — предполагает Мацуи, — может быть вызвано скоординированной экспрессией этих генов в сочетании с увеличением их числа из-за дупликации генов».

«Это открытие поможет улучшить производство латекса, жизненно важной сельскохозяйственной культуры в Малайзии, — отмечает Чонг. — Мы надеемся продолжить сотрудничество с RIKEN и промышленными партнерами, чтобы использовать знания генома для лучшего производства каучука».

Теперь, когда геном известен, у Мацуи уже есть планы по его использованию в дальнейших исследованиях: «Помимо количества каучука, мы хотим улучшить его качество, модифицируя пути синтеза каучука и разрабатывая его синтетическое биологическое производство в микроорганизмах или зеленых водорослях».