Расшифрован геном опийного мака

Ученые определили последовательность ДНК генома опийного мака, раскрыв ключевые этапы эволюции растения для производства фармацевтических соединений, используемых для создания жизненно важных лекарств.

Это открытие может проложить путь для повышения урожайности и устойчивости к болезням у этого лекарственного растения, обеспечив надежные и дешевые поставки наиболее эффективных препаратов для обезболивания и паллиативной помощи.

Прорыв, совершенный исследователями из Йоркского университета совместно с Институтом Сэнгера (Wellcome Sanger Institute, Великобритания) и международными коллегами, раскрывает происхождение генетического пути, ведущего к производству подавляющего кашель нозкапина и обезболивающих морфина и кодеина.

Соавтор, профессор Ян Грэхем из Центра новых сельскохозяйственных продуктов Йоркского университета, заявил, что исследование объяснило, как мак стал одним из богатейших источников химического разнообразия на Земле, и заложит основу для надежного и дешевого снабжения самыми эффективными обезболивающими.

Хотя сейчас разрабатываются синтетико-биологические подходы к производству этих соединений (например, с помощью дрожжей), опийный мак остается самым дешевым и единственным коммерческим источником этих фармацевтических соединений.

Ученые создали высококачественную сборку геномной последовательности размером 2.7 гигабаз, распределенной по 11 хромосомам. Это позволило идентифицировать крупный кластер из 15 генов, кодирующих ферменты, участвующие в двух различных биосинтетических путях, ведущих к производству нозкапина, а также соединений-предшественников кодеина и морфина.

Растения могут дублировать свои геномы, что позволяет дублированным генам эволюционировать и создавать новые механизмы для производства разнообразных химических соединений.

Сборка генома позволила выявить предковые гены, которые объединились, создав химерный ген STORR, ответственный за первый крупный шаг на пути к морфину и кодеину. Это событие слияния произошло до относительно недавнего события удвоения всего генома мака, случившегося 7.8 миллионов лет назад.

Соавтор профессор Кай Йе из Сианьского университета Цзяотун отметил сложность анализа из-за высокоповторяющегося генома и переплетенных эволюционных событий за последние 100 миллионов лет. Он подчеркнул, что два биосинтетических пути оказались в одном геномном регионе из-за серии дупликаций, перестроек и слияний, что позволило согласованно производить новые метаболические соединения.

Соавтор профессор Земин Нин из Института Сэнгера указал, что сочетание различных технологий секвенирования было ключом к созданию высококачественной сборки. Основной проблемой была работа с повторяющимися элементами, которые составляют 70.9% генома (сопоставимого по размеру с человеческим).