Крупномасштабное глубокое ресеквенирование раскрывает эволюционную загадку огурца

В совместном исследовании, опубликованном сегодня в Nature Genetics, учёные из Центра геномики Китайской академии сельскохозяйственных наук (CAAS), BGI и других институтов представили карту геномных вариаций огурца, включающую около 3,6 миллионов вариантов, выявленных при глубоком ресеквенировании 115 линий огурца со всего мира. Работа даёт новое понимание генетических основ доместикации и разнообразия этой важной культуры и служит руководством для селекционеров.

Огурец — это модель для изучения определения пола и биологии сосудов растений. В 2009 году он стал седьмым растением с опубликованной последовательностью генома. В рамках этих усилий исследователи ресеквенировали 115 линий огурца, отобранных из 3342 образцов со всего мира, и провели de novo секвенирование дикого огурца. Всего было обнаружено:

• Более 3,3 млн однонуклеотидных полиморфизмов (SNP)
• Свыше 0,33 млн небольших инделов
• 594 вариации присутствия-отсутствия (PAV)

На основе этих данных была построена комплексная карта вариаций.

Анализ популяционной структуры показал, что три культурные группы (Евразийская, Восточноазиатская и Сишуанбаньнаская) являются монофилетическими и генетически однородными. Индийская группа, напротив, демонстрирует чёткую субструктуру и генетическую гетерогенность. Её анализ также подтвердил её предковый статус, что открывает потенциал для введения новых аллелей в генофонд культурных сортов.

Сравнение с зерновыми культурами (рис, кукуруза, соя) показало, что овощные культуры (огурец, арбуз, томат), вероятно, пережили более узкие события «бутылочного горлышка» в ходе доместикации. В геноме огурца было идентифицировано 112 предполагаемых «свипов» (областей отбора), связанных с доместикацией.

Ключевые генетические находки:

1. Горький вкус: Дикий огурец крайне горький. Известно, что два генетических локуса, Bi и Bt, контролируют горечь. В этом исследовании локус Bt был ограничен областью в 442 т.п.н. на хромосоме 5, содержащей 67 предсказанных генов.
2. Оранжевый эндокарп: Этот признак, отличающий группу Сишуанбаньна, вызван накоплением β-каротина. Исследователи обнаружили ключевую природную вариацию в гене β-каротин гидроксилазы, которую можно использовать для селекции огурца с повышенной питательной ценностью.

Заключение: Это исследование создаёт ценный геномный ресурс для дальнейшего изучения и селекции огурца, а также наглядно показывает, как его геном эволюционировал в процессе доместикации. Подобный подход крупномасштабного секвенирования и полногеномного анализа может быть применён к другим экономически важным культурам.