Скрещивание персика с миндалём не вызывает «геномного шока»

Межвидовое скрещивание — ключевой процесс в эволюции и селекции растений, который может приводить к фенотипическим изменениям и образованию новых видов. Слияние разных геномов в гибриде часто запускает так называемый «геномный шок». Эти изменения включают вариации в экспрессии генов и структуре генома, особенно активацию транспозонных элементов (TEs).

Активность TEs контролируется эпигенетическими механизмами, и метилирование ДНК — наиболее очевидная и частая модификация хроматина, связанная с их «заглушением». Некоторые биотические и абиотические стрессы также могут снижать уровень метилирования ДНК и активировать транскрипцию и мобильность TEs. Поэтому гибридизация часто приводит к активации TEs, что может вызвать дальнейшие изменения в геноме.

Однако результаты гибридизации не всегда предсказуемы, что видно по разной активации транспозонов при скрещивании разных видов.

Персик (Prunus persica) обладает низким уровнем генетического разнообразия, а межвидовая гибридизация с миндалём (Prunus dulcis) — потенциальный источник новых аллелей для селекции персика. Учитывая близкое генетическое родство и геномную гомологию между персиком и миндалём, важно понять, в какой степени их скрещивание активирует TEs и может ли это привести к «геномному шоку».

В мае 2022 года журнал Horticulture Research опубликовал статью «Отсутствие серьёзных эпигенетических и транскриптомных изменений, сопровождающих межвидовое скрещивание персика и миндаля».

Чтобы понять потенциальные изменения в метилировании ДНК и транскрипции генов, особенно TEs, исследователи провели полногеномное бисульфитное секвенирование ДНК из листьев персика, миндаля и их F1-гибрида.

Результаты показали различия в уровнях метилирования разных классов TEs, но лишь незначительные различия при сравнении геномов гибрида с геномами двух родительских форм.

Несмотря на эти незначительные различия, профиль метилирования гибрида был больше похож на родительский миндаль, за редкими исключениями, такими как LINEs в контексте CHG или MITEs в контексте CHH. Исследование также изучило дифференциально метилированные регионы (DMRs) между гибридом и родительскими линиями, сфокусировавшись на LTR-ретротранспозонах. Во всех случаях процент DMRs с более высоким метилированием у гибрида по сравнению с родителями составлял около 50%, с максимальной разницей в 59% для LTR-ретротранспозонов.

Анализ RNA-seq зрелых листьев выявил значительную дифференциальную транскрипцию в 32 семействах: 11 LTR-ретротранспозонов, 12 LINE и 9 TIR. Дифференциальная экспрессия в основном обусловлена различиями между персиком и миндалём, причём экспрессия гибрида обычно была промежуточной.

Наконец, были проанализированы изменения в экспрессии генов у гибрида путём картирования ридов RNA-seq от персика, миндаля и гибрида на единый набор моделей генов. Большинство генов (78,3%) имели сходный уровень транскрипции у всех трёх генотипов.

Некоторые гены имели более высокую экспрессию у одного родителя по сравнению с другим, причём гибрид часто демонстрировал промежуточную или родитель-подобную экспрессию. Примечательно, что лишь небольшая доля генов показала более высокую или более низкую экспрессию именно у гибрида.

В итоге, это исследование показывает, что вопреки ожиданиям «геномного шока», у гибрида по сравнению с его родителями нет значительных изменений в метилировании ДНК или уровнях транскрипции транспозонных элементов. Кроме того, изменения в экспрессии генов у гибрида минимальны.

Эти результаты позволяют предположить, что слияние геномов не вызывает серьёзных регуляторных потрясений, что подчёркивает потенциал использования таких межвидовых скрещиваний в селекции персика для введения новой генетической изменчивости без значительной геномной нестабильности.