Опубликованы геномы основных сельскохозяйственных сорняков

Водяная конопля, щирица гладкая и щирица Палмера — одни из самых проблемных сельскохозяйственных сорняков, влияющих на производство культур в США и других странах. В знаковом исследовании учёные опубликовали наиболее полную на сегодняшний день геномную информацию по всем трём видам.

"Эти сборки геномов значительно ускорят дальнейшие исследования этих сложных видов сорняков, включая лучшее понимание того, как они избегают повреждения от гербицидов", — говорит Пат Транел, соавтор исследования в Genome Biology and Evolution.

Улучшенные технологии секвенирования

Все три генома были собраны с использованием продвинутого лонг-рид секвенирования, что обеспечивает целостность и непрерывность генома. Для щирицы Палмера дополнительно использовалась технология секвенирования конформации хроматина, чтобы упорядочить собранные фрагменты.

"Цель любой сборки генома — раскрыть полное расположение генов, разбитое на фрагменты размером с хромосому... Сборки, которые мы представляем, сократили количество фрагментов до сотен. Подавляющая часть последовательности теперь собрана в очень крупные фрагменты", — объясняет Джейкоб Монтгомери, первый автор исследования.

Инновационный подход trio binning

Для улучшения сборки геномов водяной конопли и щирицы гладкой команда применила инновационный подход trio binning, ранее разработанный для крупного рогатого скота. Этот метод впервые был полностью использован для растений и впервые — для родителей разных видов.

Исследователи создали гибридное потомство от скрещивания водяной конопли и щирицы гладкой. Метод trio binning позволил разделить и изолировать две копии генов от каждого родительского вида, получив гаплоидные (однокопийные) геномы для каждого.

"Этот подход решил проблему в предыдущей сборке генома водяной конопли... Имея только один аллель от каждого вида, мы смогли получить гораздо более чистую сборку их генетических последовательностей", — говорит Транел.

Практическое значение

Новые геномы уже позволили группе Транела добиться быстрого прогресса в идентификации потенциальных генов, ответственных за определение пола (мужского или женского) у водяной конопли и щирицы Палмера. Это открывает возможности для внедрения женской стерильности как будущего метода контроля.

Кроме того, геномы помогут в борьбе с гербицидной устойчивостью. Учёные всё чаще обнаруживают у этих сорняков метаболическую устойчивость, позволяющую детоксифицировать гербициды. Теперь исследователи смогут, по сути, искать "виновника" среди сотен ферментов, чтобы либо "выключить" ответственный фермент, либо модифицировать молекулу гербицида.

"Инновации необходимы для будущего сельского хозяйства. Мы в BASF хотим лучше понять биохимические механизмы устойчивости амарантовых, чтобы предложить фермерам новые продукты и решения", — говорит Йенс Лерхл из BASF, соавтор исследования. BASF также является одним из основателей Международного консорциума по геномике сорняков, целью которого является секвенирование и анализ десяти ключевых видов сорняков.