Картирован полный геном осины

Международная команда исследователей из Швеции, Бельгии, Англии, Италии, Норвегии и Южной Кореи опубликовала геномы двух видов осины. Проект занял почти десять лет, оказался сложнее ожидаемого и значительно расширил первоначальные рамки.

"Наконец-то! У нас была движущаяся цель, поскольку мы хотели создать ресурс, максимально полезный для всех исследователей в области биологии деревьев. Это заставило нас расширить проект и постоянно пытаться улучшить работу", — говорит Натаниэль Стрит из Университета Умео, который начинал проект как постдок и в итоге возглавил его.

Составление полного набора генов вида — краеугольный камень для любых биологических исследований. Картирование генома человека (опубликовано в 2001 году) заложило основу для прорывов в медицине XXI века. Шведские исследователи деревьев рано начали работу в этой области: в 1998 году они получили первую карту части генов осины, а в 2006 году внесли вклад в первое полное картирование генома дерева — тополя волосистоплодного (Populus trichocarpa). Это был лишь третий опубликованный геном растения после резуховидки Таля (Arabidopsis) и риса.

В 2008–2009 году небольшая группа шведских исследователей из Центра наук о растениях Умео взялась за картирование генома осины обыкновенной (Populus tremula). Новые, более дешёвые и мощные методы давали оптимизм. Пилотные исследования показали, что генетическая вариация у осины огромна: в некоторых аспектах две осины в среднем так же генетически отличаются друг от друга, как человек от шимпанзе. Проект получил финансирование в размере одного миллиона крон от Центра метагеномного анализа последовательностей (предшественника SciLifeLab) и Фонда Кемпе. Практическую работу начал постдок Натаниэль Стрит.

Для картирования выбрали дерево, растущее на кампусе Университета Умео / Шведского университета сельскохозяйственных наук (SLU), которое изучали с 1999 года. Стало ясно, что геном близкородственного тополя волосистоплодного нельзя использовать в качестве референса, что существенно усложнило проект. К работе подключились 27 исследователей из шести стран. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Помимо картирования генома, были проанализированы 24 особи осины обыкновенной, 22 особи осины американской (Populus tremuloides) и, для сравнения, 24 тополя волосистоплодного. Это позволило понять, как виды эволюционировали и адаптировались к разным средам.

"Главной трудностью, помимо отсутствия долгосрочного бюджета, была работа с теми частями генома, которые не содержат генов", — отмечает Натаниэль Стрит.

Гены были картированы очень рано, но последовательности ДНК между генами у двух копий генома осины (одна унаследована от матери, другая от отца) настолько сильно различаются, что методы, разработанные для изучения других геномов (например, человеческого, который очень инбреден по сравнению с осиной), не работали.

"Теперь мы смогли показать, например, какие гены, по-видимому, наиболее важны для адаптации осины к нашему северному климату. Это и многие другие наши работы за последние пять лет стали возможны благодаря этому проекту", — говорит Пэр Ингварссон, который в ходе проекта переехал в SLU в Уппсалу.

"Хотя на полное картирование генома ушло много времени, проект по пути дал множество побочных результатов. Без него не была бы начата гигантская работа по секвенированию ели европейской, опубликованная в 2013 году. Созданные и обновляемые нами базы данных геномов растений используются сегодня по всему миру", — говорит профессор Университета Умео Стефан Янссон, который начал проект в 2009 году.