Расшифровка генома ячменя достигла нового рубежа

Учёные из Калифорнийского университета в Риверсайде достигли нового этапа в проекте по секвенированию сложного и высокоповторяющегося генома ячменя, начатом в 2000 году. Им удалось секвенировать крупные участки, содержащие почти две трети всех генов ячменя.

Ключевые результаты и значение

• Новый ресурс: Получены данные с более высоким разрешением, которые станут улучшенным ресурсом для исследователей по всему миру.
• Опровержение гипотезы: Работа выявила исключения из долго существовавшего представления, что богатые генами регионы у ячменя и пшеницы расположены только на концах хромосом, где также высока частота рекомбинации. Обнаружены девиантные регионы, которые богаты генами, но имеют низкую рекомбинацию.
• Практическая польза для селекции: Эта информация критически важна для селекционеров. Если желаемый аллель (например, для устойчивости к стеблевой ржавчине) находится в регионе с низкой рекомбинацией, его крайне сложно ввести в сорт, не «притащив» за собой нежелательные аллели соседних генов (например, вызывающих осыпание зерна). Знание расположения таких регионов помогает решать, за какие гены стоит браться.

Методология и инновации

Для работы была использована коллекция из 15 622 BAC (бактериальных искусственных хромосом) — небольших фрагментов ДНК ячменя, клонированных в клетках E. coli для поэтапного секвенирования.

Ключевые вычислительные инновации проекта:

• Объём выпущенных последовательностей примерно в четыре раза превышает размер всего генома риса.
• Разработаны и применены два существенных алгоритмических новшества для эффективной обработки больших данных и классификации последовательностей.

Более широкий контекст

• Новые данные интегрированы в национальный проект по пшенице/ячменю (TriticeaeCAP) и переданы Международному консорциуму по секвенированию ячменя.
• Поскольку ячмень — близкий родственник пшеницы, эта работа может помочь в полном секвенировании генома пшеницы.
• Проект стал результатом более чем десятилетнего партнёрства между инженерным и естественнонаучным колледжами UCR при поддержке USDA и NSF.
• Полученные знания и методы уже перенесены на другие культуры, например, на коровий горох (вигну), в селекции которого команда теперь активно участвует.

От дегидринов к геному

Изначально руководитель исследования Тимоти Клоуз изучал семейство белков дегидринов (отвечающих на засуху и холод), но столкнулся с недостатком геномных ресурсов ячменя. Это побудило его заняться их созданием. Теперь, с завершением этой масштабной задачи, команда планирует вернуться к более детальному изучению пластичности генов дегидринов, используя новые геномные знания.