Учёные выяснили, что «прыгающие гены» определяют внешний вид капусты

Генетические различия между савойской капустой и цветной капустой больше, чем между человеком и шимпанзе. Тем не менее, они считаются одним видом. Исследователи из Вагенингена и Китая составили карту обширной генетической вариативности капусты (Brassica oleracea), чтобы сделать селекцию более целенаправленной — например, для создания культур с более высокой питательной ценностью или устойчивостью к болезням. Исследование опубликовано в Nature Genetics.

Капустные культуры составляют значительную часть нашего рациона. Существует большое разнообразие: цветная капуста, брокколи, брюссельская капуста, краснокочанная и белокочанная капуста, савойская капуста и кольраби — всё это вариации одного вида Brassica oleracea.

Международное сотрудничество

Исследователи из Вагенингенского университета и Китайской академии сельскохозяйственных наук определили последовательность ДНК 23 различных капустных культур и проанализировали их вместе с существующими геномными данными.

«Мы создали так называемый пан-геном: обзор всех различных генов в различных видах капустных культур. Затем мы определили, какие гены встречаются в большинстве культур, а какие уникальны для конкретного типа», — говорит Гуусье Боннема, исследователь селекции растений.

Результаты были неожиданными:

• Только одна треть генов встречается во всех капустных культурах.
• Половина генов присутствует лишь у части культур и отсутствует у остальных.

«У B. oleracea много генов. Например, у цветной капусты около 60 000 генов, в то время как у человека всего 20 000. Это связано с тем, что около 15 миллионов лет назад геном утроился», — поясняет Боннема.

Прыгающие гены

Более половины генома состоит из транспозонов — небольших фрагментов ДНК, которые «перепрыгивают» внутри генома и могут появляться в любом количестве мест. В растениях они являются важным источником естественной вариативности.

«Мы обнаружили, что транспозоны часто регулируют активность соседних генов, увеличивая или уменьшая её. Раньше мы искали уникальные гены, определяющие, что делает цветную капусту цветной капустой. Теперь мы знаем, что нужно искать не только гены, но и их "операторов". В данном случае — транспозоны. Они являются включателями/выключателями и регуляторами соседних генов», — говорит она.

Прорыв в понимании

Наличие пан-генома теперь позволяет учёным классифицировать транспозоны и другие структурные вариации.

«Эти транспозоны управляют активностью генов — не только тех, что определяют внешний вид овощей, но и тех, что отвечают за устойчивость, вкус, питательную ценность и устойчивость к климатическим условиям. Например, цветная капуста очень чувствительна к температуре. Понимание этого процесса облегчает селекцию менее чувствительных сортов», — объясняет Боннема.

«Это настоящий прорыв в понимании. Мы всегда сосредотачивались на вариациях внутри генов, но теперь знаем, что реальность гораздо тоньше. Регуляция активности генов оказывает огромное влияние».