Первая детальная расшифровка сложного генома пальчатого проса

Пальчатое просо обладает двумя важными свойствами: зерно богато важными минералами и устойчиво к засухе и жаре. Благодаря новому сочетанию современных технологий исследователям из Цюрихского университета впервые удалось качественно расшифровать большой и чрезвычайно сложный геном пальчатого проса. Это создает фундаментальную основу для улучшения продовольственной безопасности в таких странах, как Индия и части Африки.

Для многих бедных фермеров в Индии и Африке пальчатое просо — основная продовольственная культура. Этот вид не только богат минералами, такими как кальций, железо, магний и цинк, но и содержит много витаминов и незаменимых аминокислот. Растение также характеризуется устойчивостью к засухе и жаре. Поскольку оно очень полезно и не содержит глютена, его все чаще используют в пищу и в промышленно развитых странах. Несмотря на свою важность, пальчатое просо до сих пор получало очень мало научного внимания.

Пальчатое просо возникло в результате гибридизации двух разных видов растений. Следовательно, растение является полиплоидным, что означает, что у него четырехкратный набор хромосом и почти вдвое больше генов, чем у исходных видов. Считается, что размер и сложность генома обеспечили широкую экологическую толерантность пальчатого проса, но при этом сделали исследования генома чрезвычайно трудными. Впервые международной команде исследователей из Цюрихского университета удалось детально расшифровать сложный геном пальчатого проса. Он состоит примерно из 2,6 миллионов пар оснований и содержит более 62 300 генов — примерно в два раза больше, чем, например, у риса.

Около 57 900 генов пальчатого проса — более 90% — встречаются более чем в двух копиях. Поскольку их последовательности ДНК очень похожи, было трудно правильно распределить многочисленные расшифрованные участки ДНК в рамках всего генома. В сотрудничестве с Ральфом Шлапбахом и Сиришей Алури из Центра функциональной геномики Цюрихского университета и ETH Zurich команде под руководством Кентаро Шимидзу, профессора кафедры эволюционной биологии и наук об окружающей среде UZH, удалось преодолеть эти трудности. Для этого ученые объединили сложную биоинформатическую стратегию, разработанную Масаоми Хатакеямой, использующую современные методы секвенирования, с новой технологией, позволяющей оптически картировать длинные отдельные молекулы ДНК в геноме. «Наша новая стратегия поможет секвенировать геном других полиплоидных культурных растений, которые до сих пор не удавалось определить», — говорит Шимидзу.

Над этим проектом работала междисциплинарная команда исследователей из Цюриха и Бангалора (Индия). Работа была поддержана Индо-швейцарским сотрудничеством в области биотехнологий (ISCB) — двусторонней программой исследований и разработок, финансируемой правительствами Швейцарии и Индии, а также Японским агентством науки и технологий. Цель — улучшить продовольственную безопасность и развить потенциал биотехнологических исследований в Индии. «Вновь доступные геномные данные пальчатого проса открывают многочисленные возможности для современной селекции растений, — подчеркивает Шимидзу. — С одной стороны, чтобы помочь людям с дефицитом минералов в Индии и промышленно развитых странах, а с другой — сделать важные сельскохозяйственные культуры более устойчивыми к засухе и засушливости».