Обнаружен новый ген рассеивания семян у зелёного проса
Исследователи из Центра наук о растениях имени Дональда Данфорта (Danforth Center) в течение нескольких лет собирали вдоль дорог США сорное растение — зелёное просо (Setaria viridis). Это небольшая модельная трава с коротким жизненным циклом, использующая C4-путь фиксации углерода, что помогает растениям выживать в тёплых и засушливых условиях.
Многочисленные сборы и анализ сотен растений привели к публикации статьи в журнале Nature Biotechnology. Учёные, совместно с исследователями из Института биотехнологий ХадсонАльфа и Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI), секвенировали геномы почти 600 растений зелёного проса и представили высококачественную референсную последовательность генома S. viridis. Анализ позволил впервые идентифицировать в диких популяциях ген, связанный с рассеиванием семян.
Результаты масштабного секвенирования
Рассеивание семян критически важно для диких растений, но нежелательно для сельскохозяйственных культур, так как снижает урожай. За тысячи лет фермеры отбирали злаки без этого признака «осыпания» — момента, когда метёлка семян разламывается для их распространения.
Метод ассоциативного картирования позволил команде выявить ген Less Shattering 1 (SvLes1). Генно-инженерные исследования подтвердили его роль в процессе осыпания. «Это новый вариант гена осыпания, идентифицированный в природной популяции. Обнаружено не так много подобных генов, которые позволяют растению формировать семена, но предотвращают их опадание», — отметил руководитель программы JGI по растениям Джереми Шмутц. Это может быть ещё одним механизмом отключения осыпания для одомашнивания культур.
Геномные данные также показали, что зелёное просо было занесено в США из Евразии несколько раз. Команда идентифицировала ген, связанный с углом наклона листа — важным признаком, влияющим на количество поглощаемого света и, следовательно, на урожайность. Этот ген является ортологом известных генов у других культур.
В рамках программы JGI Community Science Program были секвенированы геномы нескольких сотен растений, а финальный анализ охватил 598 особей. Была собрана «пан-геномная» карта вида, включающая набор из 51 000 генов.
«Это огромный объём работы. Мы бы не справились без вклада группы Джереми. Это просто колоссальный объём секвенирования», — заявила Элизабет Келлогг, старший автор статьи.
Ресурс для множества применений
Келлогг отметила, что C4-культуры вызывают большой интерес, поскольку они остаются продуктивными даже в условиях высокой температуры, в то время как эффективность фотосинтеза у C3-культур падает. Это особенно актуально в условиях учащения экстремальных погодных явлений.
«[Геном S. viridis] — это ресурс для множества различных применений. Группа JGI была прекрасным партнёром, и этот проект был бы невозможен без их участия», — заключила Келлогг.
Референсный геном Setaria viridis доступен на растительном портале JGI Phytozome.