Новое исследование раскрывает ранее скрытые особенности геномов растений
Международная команда под руководством Центра исследований фенотипирования и визуализации растений (P2IRC) Университета Саскачевана (USask) и исследователей из Министерства сельского хозяйства и продовольствия Канады (AAFC) расшифровала полный геном растения чёрной горчицы. Это исследование продвинет селекцию масличных горчичных культур и заложит основу для улучшения селекции пшеницы, рапса и чечевицы.
Команда, которую совместно возглавляли исследователи P2IRC Эндрю Шарп и Изабель Паркин, использовала новую технологию секвенирования генома (Nanopore). Она даёт очень длинные «прочтения» последовательностей ДНК и РНК, предоставляя информацию для селекции сельскохозяйственных культур, которая ранее была недоступна. Результаты опубликованы в журнале Nature Plants.
«Эта работа предоставляет новую модель для сборки геномов других культур, таких как пшеница, рапс и чечевица. По сути, это рецепт создания последовательности генома, который работает для любой культуры», — сказал Шарп, директор P2IRC.
«Теперь мы знаем, что можем получить такое же качество геномных данных и уровень информации о генетических вариациях для этих важных национальных и международных культур. Это означает, что мы можем сделать селекцию более эффективной, потому что можем легче отбирать гены для определённых желаемых признаков».
Шарп отметил, что его команда уже использует эту программную платформу в лаборатории Omics and Precision Agriculture Lab (OPAL) в Глобальном институте продовольственной безопасности USask (GIFS) для секвенирования более крупных и сложных геномов сельскохозяйственных культур.
Чёрная горчица (Brassica nigra), обычно используемая в виде семян как кулинарная специя, выращивается на Индийском субконтиненте и тесно связана с горчицей и рапсом, выращиваемыми в Канаде. Исследование даёт более чёткое, «высокое разрешение» генов растения и предоставляет исследователям и селекционерам более определённое представление о том, какие гены отвечают за какие признаки.
Полученная сборка генома чёрной горчицы также помогает объяснить, чем её геном отличается от геномов близкородственных сельскохозяйственных культур, таких как капуста, репа и рапс.
Команда также обнаружила первые прямые доказательства существования функциональных центромер — структур на хромосомах, необходимых для фертильности растений, — и выявила другие ранее трудно идентифицируемые участки генома. Эти знания закладывают основу для повышения урожайности.
Паркин, адъюнкт-профессор USask и член P2IRC, заявила, что использование данных длинного прочтения последовательностей позволило получить беспрецедентный доступ к ранее скрытым особенностям геномов растений.
«Это даёт не только понимание того, как эволюционируют культуры, но и позволяет выявить новую структурную вариацию, которая, как теперь известно, играет важную роль в контроле многих ключевых агрономических признаков», — сказала Паркин, также ведущий научный сотрудник Исследовательского центра AAFC в Саскатуне.
В последовательности они также обнаружили множественные копии определённых генов, экспрессирующих специфические признаки. Это может означать, что определённые признаки, такие как устойчивость к грибкам, могут быть выражены сильнее благодаря нескольким генам.
Другими членами команды от USask стали исследователь GIFS Захра-Кейти Наваби и специалист по биоинформатике Чу Шин Ко. В команду также вошли Сампат Перумал, постдокторант Паркин, а также исследователи из Университета Оттавы, Университета Томпсон-Ривер, Национального исследовательского совета, а также из Великобритании и Китая.
«Сборка генома чёрной горчицы, которую мы разработали, — отличный пример того, как новая технология секвенирования Nanopore быстро раскрывает важную биологию генома», — сказал Шарп, отметив, что эта передовая технология секвенирования и возможности доступны государственным и частным организациям по селекции растений через OPAL в GIFS.