Исследование выявило расхождение в последовательности и структуре митогеномов земляники

Земляника (Fragaria) — одна из самых популярных ягод и одно из самых молодых одомашненных растений. Юго-Западный Китай богат ресурсами дикой земляники и признан важным мировым центром распространения её диких видов.

Роду Fragaria свойственны обширная межвидовая гибридизация и полиплоидизация, из-за чего изучение происхождения геномов органелл и эволюции ядерно-цитоплазматических взаимодействий остаётся во многом нераскрытым. Это также затрудняет эффективную оценку и использование ресурсов дикой земляники.

По сравнению с геномами хлоропластов, растительные митохондриальные геномы обычно характеризуются сложной и разнообразной структурой, низкой скоростью замен, частой рекомбинацией и т.д. Они считаются важной генетической системой для изучения эволюции структуры и функции генома.

Предыдущие исследования показали, что митохондриальная ДНК растений быстро эволюционирует в структуре, но медленно — в последовательности. Также предполагалось, что между кодирующими и некодирующими областями митохондриального генома может существовать разное давление отбора или механизмы репарации мутаций, что приводит к различиям в скоростях эволюции.

Чтобы лучше понять эволюционные особенности и механизмы митохондриальных геномов растений, исследователи из Куньминского института ботаники Китайской академии наук (KIB/CAS) собрали 13 полных митохондриальных геномов от диких видов Fragaria и изучили характеристики вариаций последовательности (скорость замен, инделы, инверсии) их кодирующих и некодирующих областей.

Исследователи обнаружили, что общегеномные скорости нуклеотидных замен в целом совпадали между некодирующими областями и синонимичными сайтами в митогеномах земляники, однако инделы и инверсии происходили чаще в некодирующих областях.

Кроме того, митохондриальные геномы земляники подвергались частым перестройкам, поэтому структура генома заметно различается даже среди близкородственных видов.

Это исследование показывает, что в митохондриальных геномах земляники присутствует большое количество мультинуклеотидных замен, опосредованных микроинверсиями, и эти непрерывные сайты мутаций негативно влияют на локальные скорости мутаций и филогенетический сигнал. Более того, модель «приобретения-потери» может объяснить общее отсутствие гомологии среди растительных митогеномов.

Результаты опубликованы в журнале New Phytologist.