Расшифровка огромного генома рождественской ели
Для миллионов людей рождественская ель — символ праздника. Для учёных, расшифровывающих ДНК растений и животных, это монстр.
Речь о хвойных деревьях — соснах, елях, пихтах, кипарисах и кедрах. Помимо праздничной популярности, они играют огромную роль в лесной промышленности и экосистемах.
Учёные стремятся определить миллиарды "строительных блоков" (нуклеотидов), составляющих ДНК хвойных — то есть секвенировать их геном. Это стандартный инструмент биологии, который может раскрыть генетические секреты для фундаментальной науки, селекции и управления лесами.
Но геном хвойных пугающе огромен.
В последние месяцы научные группы из США и Канады опубликовали предварительные, фрагментарные описания геномов хвойных. Шведская группа вскоре планирует сделать то же для ели европейской (обыкновенной).
"Мир изменился для генетики хвойных... Мы вступаем в современную эру", — сказал Дэвид Нил из Калифорнийского университета в Дэвисе.
Прогресс стал возможен благодаря тем же технологическим достижениям, которые делают рутинное секвенирование генома человека частью медицинской помощи. Технологии стали быстрее и намного дешевле.
"Ещё несколько лет назад идея секвенировать даже один геном хвойного казалась невозможной", — отметил Джон МакКей из Университета Лаваля (Квебек), соруководитель канадского проекта по секвенированию генома ели канадской (белой).
Насколько велик геном?
Геном ели европейской (как рождественской ели в Рокфеллер-центре) в 6 раз больше генома человека. Геномы других хвойных ещё больше.
Исследователи не ожидают получения идеального, полного генома хвойного в ближайшее время. Для этого, вероятно, потребуются дальнейшие технологические прорывы. Но даже частичные версии полезны для селекционеров и учёных.
"Геномы действительно могут ускорить процесс и просто помочь лучше отбирать деревья, если понимать генетическую архитектуру желаемых признаков", — пояснил МакКей.
Изменение климата добавляет актуальности: генетическая информация может помочь выбирать для посадки сорта, способные адаптироваться к климатическим тенденциям на десятилетия вперёд.
Технологическая сложность
Основная проблема — сборка (assembly) генома после секвенирования коротких фрагментов ДНК. Геномы хвойных содержат множество повторяющихся последовательностей, что делает сборку чрезвычайно сложной.
"Эти большие регионы, я думаю, мы никогда не сможем собрать" с помощью текущих технологий, — считает Пар Ингварссон из Университета Умео (Швеция), руководитель проекта по ели европейской.
Текущие проекты:
- Группа Нила представила частичные результаты для генома сосны ладанной (на основе ДНК из одной сосновой шишки). Данные включают около миллиона несвязанных фрагментов, покрывающих более половины генома. Полные геномы сосны ладанной, псевдотсуги Мензиса и сосны сахарной планируется получить к 2016 году (финансирование Минсельхоза США).
- Группа МакКей опубликовала предварительные данные по ели канадской (белой).
- Шведский проект по ели европейской обнародует результаты в начале следующего года. 2 миллиона фрагментов ДНК захватили большинство из预估 35 000–40 000 генов дерева, даже если их точное положение в геноме неизвестно.
Парадокс размера
У человека около 23 000 генов — ненамного меньше, чем у хвойного. Огромный размер генома хвойных объясняется обилием некодирующей ДНК без очевидной функции.
Главная причина изучения этих геномов — заполнить заметный пробел в списке секвенированных растений.
"Это был словно недостающий пазл... Нам нужен этот последний фрагмент, чтобы сказать что-то о том, как всё царство растений эволюционировало за последний миллиард лет или около того", — заключил Ингварссон.