Выявлены ключевые мутации, вызывающие химерность у декоративных растений

Мировой рынок комнатных растений стремительно растёт и, по прогнозам, достигнет $7.27 млрд к 2025 году. Особой популярностью пользуются химерные растения с пёстрой окраской, известные с XVII века. Их узор формируется из-за особенностей строения и развития апикальной меристемы побега (SAM).

Химерные растения, демонстрирующие как нормальную, так и альбиносную ткань, часто являются результатом мутаций в пластоме — генетическом материале хлоропластов. Эти мутации влияют на транскрипцию пластидных генов, но точные генетические триггеры химеризма оставались неизвестны.

В ноябре 2022 года журнал Horticulture Research опубликовал исследование "Высокопроизводительное обнаружение пластидных генов, вызывающих альбиносные фенотипы у декоративных химерных растений".

Методология и ключевые находки

  • Учёные исследовали 23 химерных растения разных видов.
  • Пластомы были заново собраны (de novo) на основе секвенирования геномной ДНК из зелёной (GLT) и альбиносной (ALT) тканей листа.
  • В 14 из 23 растений была обнаружена гетероплазмия: различия между пластомами GLT и ALT были вызваны точковыми мутациями.
  • Различий в ядерной рибосомной ДНК между тканями не обнаружено.
  • Анализ выявил 14 независимых генных мутаций в восьми пластидных генах, каждая из которых нарушает функцию хлоропластов.

Функциональный анализ мутаций

  • Мутации в основном присутствовали в пластомах ALT, что указывает на нарушение работы хлоропластов.
  • Детально охарактеризована мутация в гене RpoC2 у R. japonica. Структурный анализ показал, что замена His114Pro вероятно нарушает целостность и функцию фермента — РНК-полимеразы.
  • Транскриптомный анализ подтвердил влияние мутации: в ALT тканях резко снижена экспрессия генов, связанных с фотосистемой.
  • В ALT тканях фотосистема не может правильно сформироваться, а мутация RpoC2 His114Pro нарушает корректную транскрипцию фотосинтетических генов.

Значение исследования

Работа не только идентифицировала конкретные мутации, связанные с альбиносным фенотипом, но и объяснила их роль в нарушении фотосинтетического аппарата. Эти результаты закладывают основу для будущих исследований в области биогенеза пластид и эволюции органеллярных геномов, что может привести к прогрессу в селекции и генной инженерии пёстрых сортов растений.

2023-11-20