Расшифровка генома Medicago проливает свет на эволюцию симбиоза с азотфиксирующими бактериями
Международная группа учёных секвенировала геном Medicago — близкого родственника люцерны и классической модели для изучения биологии бобовых. Удалось определить около 94% его генов.
Исследование даёт новое представление об эволюции подсемейства Papilionoid, к которому относятся горох, соя и все культивируемые бобовые.
Растения этого семейства могут вступать в симбиоз с бактериями, получая от них азот из воздуха. Новые данные указывают, что эта полезная черта частично связана с генетическим событием, произошедшим 58 миллионов лет назад — дупликацией (удвоением) всего генома.
Дупликация генов позволяет возникать новым мутациям и функциям, сохраняя при этом роли исходных генов.
«Детали генома проливают новый свет на Medicago — модель, которая поможет раскрыть механизмы азотфиксации, мы надеемся, ещё при нашей жизни», — заявил профессор Джайлз Олдройд из Центра Джона Иннеса.
«Дупликация всего генома, по-видимому, сыграла решающую роль в драматической радиации папилионоидных бобовых», — отметила профессор Джейн Роджерс из Центра анализа генома.
Одним из результатов стало появление дополнительных генов, которые впоследствии специализировались для функций, связанных с корневым клубеньком. Этот орган формируется бобовыми для размещения симбиотических азотфиксирующих бактерий Rhizobium. Бактерии снабжают растение доступной формой азота, а растение поставляет бактериям сахара и белки.
Новые данные показывают, что некоторые важные компоненты для формирования клубеньков могли эволюционировать из древних генов, а затем были дублированы и дополнены 58 млн лет назад. Способность к взаимодействию с симбиотическими бактериями и грибами произошла от древнего механизма, который был усовершенствован после дупликации всего генома.
«Симбиоз бобовых с ризобиями — крупнейший источник природного, несинтетического азотного удобрения в сельском хозяйстве», — подчеркнул профессор Невин Янг из Университета Миннесоты.
Учёные также обнаружили, что в геноме Medicago содержится больше генов класса NBS-LRR (генов устойчивости), чем в любом другом известном на сегодня геноме растений.
«Это потенциально полезный ресурс для использования», — отметил профессор Олдройд.