Геном лесной земляники упрощает исследования более сложных фруктов

Геном яблони уже секвенирован, но селекционеру всё равно могут потребоваться годы, чтобы увидеть первый плод на дереве. Поэтому молекулярный генетик растений из Университета Иллинойса Шуйлер Корбан воспользовался возможностью помочь в секвенировании генома лесной земляники — близкого родственника яблони, который зацветает всего за 15 недель, что делает его работу гораздо эффективнее.

«Лесная земляника — хорошая модельная система для генетических исследований других фруктов из того же семейства Rosaceae», — сказал Корбан. Имея полную последовательность генома лесной земляники, можно использовать стратегию сравнительной геномики для изучения сходств и различий между земляникой и яблоком или персиком, чтобы узнать больше о генах, вовлечённых в различные признаки, такие как плодоношение и качество плодов. Это также позволяет проводить функциональные геномные исследования и обеспечивает более целенаправленную селекцию.

Геном лесной земляники (Fragaria vesca) можно напрямую сравнивать с уже секвенированным геномом яблони для идентификации генов, контролирующих определённые признаки: вкус, питательный состав, время цветения.

Лесная земляника стала вторым по размеру секвенированным растительным геномом. Самый маленький — у Arabidopsis.

«Arabidopsis часто используется как модельный вид для генетических и физиологических исследований, потому что результаты можно получить очень быстро, но она производит стручки (силикулы), а не фрукты», — пояснил Корбан. «Мне нужна была фруктовая модельная система, чтобы быстро оценивать функцию генов яблони, контролирующих различные признаки плодов: вкус, текстуру, аромат. Земляника — отличная модель для таких исследований».

Культурный сорт земляники ещё не секвенирован. Хотя это кажется очевидным выбором, Корбан объяснил трудности: «Мы выбрали лесную землянику, потому что она диплоид (имеет два набора хромосом), тогда как садовая, или культурная земляника — октоплоид с восемью наборами хромосом, и её секвенировать гораздо сложнее».

Статья «Геном лесной земляники (Fragaria vesca)» была опубликована в 2011 году в журнале Nature Genetics.

«Это был крупный проект, — сказал Корбан. — Его уникальность в том, что у нас не было большого гранта от одного источника финансирования. Всё началось с того, что Владимир Шулаев (в то время работавший в Virginia Tech) спросил меня и других учёных, не хотим ли мы поучаствовать. Шулаев и Кевин Фолта из Университета Флориды объединили сообщество. В итоге в проекте участвовали 75 исследователей из 38 учреждений, каждый вносил разные навыки и экспертизу, а некоторые предоставляли небольшие средства».

Ещё одна интересная особенность проекта, по словам Корбана, — секвенирование проводилось с использованием так называемых «коротких чтений» (short-reads), коротких фрагментов генома земляники.

«Мы фактически использовали три разные технологии, которые все давали короткие чтения последовательности, — сказал Корбан. — Предыдущие геномы секвенировались с комбинацией длинных и коротких чтений». Короткие чтения сложно собрать — как склеить серию фотографий в одну панораму.

«После того как фрагменты собраны в цепочку, их привязывают к хромосомам — генетической карте земляники — чтобы убедиться, что они в правильном порядке». Корбан отметил, что подход с «короткими чтениями» использовался для экономии средств, а также для создания партнёрств с компаниями по секвенированию, которые проявили интерес к проекту и хотели оказать поддержку в натуральной форме».

Корбан пояснил, что, зная гены, их структуру и функцию, исследователи могут контролировать и/или регулировать их экспрессию в растении.

«Если у одного фрукта, например, более высокое соотношение сахара и кислоты, мы можем сфокусироваться на гене(ах), которые производят это изменение». Эта информация поможет индустрии земляники создать лучшую ягоду для потребителя. Это также поможет улучшить и яблоко, так как мы получим ценную информацию о функционировании генов яблони и сможем использовать её для выведения сортов с разнообразными желательными характеристиками.