Первая моноплоидная референсная последовательность сахарного тростника
Большинство видов — диплоиды с двумя наборами хромосом. Многие сельскохозяйственные культуры, включая сахарный тростник, являются полиплоидами с несколькими наборами хромосом, что усложняет секвенирование и сборку их геномов. Международная группа исследователей впервые собрала моноплоидную референсную последовательность для сахарного тростника, используя целевой подход, сфокусированный на богатой генами части генома, с привлечением данных о родственном виде — сорго.
Сахарный тростник даёт 80% мирового сахара и является важным сырьём для производства биотоплива (например, четверть мирового этанола производится в Бразилии из тростника). Однако селекция с использованием молекулярной биологии затруднена из-за высокополиплоидного генома культуры. Современные гибридные сорта имеют более 100 хромосом, а размер генома оценивается в 10 миллиардов пар оснований (более чем в три раза больше человеческого генома).
В рамках проекта, предложенного Объединённым институтом биоэнергетики (JBEI) Министерства энергетики США, JGI вошёл в международную команду под руководством исследователей из Французского центра международного сотрудничества в области аграрных исследований (CIRAD). Их подход, описанный в Nature Communications, опирался на референсную последовательность генома сорго (проект JGI Plant Flagship Genome) и высокую коллинеарность (сходный порядок генов) между двумя культурами.
Для создания референсной последовательности команда использовала бактериальные искусственные хромосомы (BACs) — векторы, способные нести крупные сегменты ДНК. Секвенированные фрагменты BACs, содержащие геном тростника, выравнивали по последовательности сорго, а перекрывающиеся сегменты использовали для определения минимального пути тайлинга. JGI секвенировал половину из 4500 BACs, коллинеарных богатой генами части сорго.
Итоговая сгенерированная последовательность сахарного тростника составляет 382 Мб; было предсказано 25 316 моделей белок-кодирующих генов, причём более 80% из них оказались коллинеарны соответствующим регионам сорго.
На основе этих результатов в 2017 году JGI одобрил предложение международной команды в рамках Программы поддержки научных сообществ (CSP) по созданию первого чернового генома полиплоидного сорта сахарного тростника R570. Ожидается, что это позволит лучше понять роль генов в таких признаках, как накопление сахарозы и устойчивость к болезням, а также целенаправленно улучшать урожайность биомассы и сахара для производства биотоплива.