Расшифровка геномов всех четырёх видов макадамии открывает новые возможности для улучшения культуры

Исследовательская группа успешно секвенировала и собрала геномы всех четырёх видов макадамии, что является значительным шагом вперёд для улучшения этой коммерчески ценной орехоплодной культуры. Результаты выявили ключевые генетические признаки, которые могут повысить устойчивость к болезням, адаптивность к климату и урожайность, решая проблему низкого генетического разнообразия в селекции макадамии.

Макадамия, родом из восточной Австралии, включает четыре вида: Macadamia integrifolia, M. tetraphylla, M. ternifolia и M. jansenii. Широко культивируются в коммерческих целях только первые два вида и их гибриды.

Несмотря на растущее значение как глобальной культуры, макадамия была одомашнена на узкой генетической основе (в основном гавайский гермоплазм), что ограничило её генетическое разнообразие и устойчивость. Цель данного исследования — расширить генетические ресурсы для макадамии путём создания высококачественных сборок геномов всех четырёх видов.

Исследование, опубликованное в журнале Tropical Plants 21 октября 2024 года, помогает расширить генофонд, повышая устойчивость культуры при сохранении или улучшении её желательных качеств, таких как вкус и содержание масла.

Учёные использовали технологию секвенирования PacBio HiFi long-read для сборки геномов четырёх видов макадамии, достигнув глубины покрытия от 27X до 42X. Сборки дали высококонтигуозные геномы со значениями N50, превышающими 45 Мб, что указывает на отличную полноту геномов.

Среди видов M. integrifolia имела наибольшее количество контигов, а M. tetraphylla — наименьшее. Анализ BUSCO подтвердил полноту геномов более чем на 97%, причём большинство генов были идентифицированы как одноэкземплярные.

Исследование также провело сборку на уровне хромосом. Размеры геномов варьировались от 735 Мб до 795 Мб. M. tetraphylla имела самую большую сборку, а M. jansenii — самую маленькую. Учёные выявили структурные вариации в хромосомах 9 и 10 у разных видов. Аннотация геномов показала, что от 61% до 62% их состава — повторяющиеся элементы, а количество предсказанных генов колебалось от 37 198 до 40 534.

Примечательно, что гены, связанные с биосинтезом жирных кислот и антимикробными свойствами, были консервативны у всех видов. Сравнительный анализ выявил значительные структурные различия между видами, углубляя понимание генетического разнообразия внутри рода Macadamia.

Эти данные закладывают основу для улучшения программ селекции макадамии за счёт использования генетического разнообразия диких видов для решения таких проблем, как устойчивость к болезням и адаптивность к климату.

По словам ведущего исследователя, доктора Роберта Дж. Генри: «Доступ к геномам всех четырёх видов макадамии открывает беспрецедентные возможности для повышения устойчивости и продуктивности культуры. Эти комплексные геномные данные создают основу для более осознанных селекционных программ, которые крайне важны для удовлетворения требований меняющегося климата и растущих мировых рынков».

Полное секвенирование всех четырёх видов макадамии закладывает основу для значительного прогресса в селекции этой культуры, с потенциалом увеличения мирового производства и улучшения устойчивости растений. Новые геномные данные представляют собой критически важный инструмент для селекционеров и учёных, работающих над обеспечением будущего этой экономически значимой культуры в меняющемся мире.