Расшифровка генома современной пшеницы

Международная команда исследователей под руководством Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) создала геномный ресурс для дикого вида травы — козьей пшеницы Тауша (Aegilops tauschii). Это открытие ускорит поиск генов и прольёт новый свет на эволюционную генетику пшеницы.

Современная хлебная пшеница (Triticum aestivum) произошла от гибридизации трёх диких видов трав. Один из них (Ae. tauschii) является донором D-генома пшеницы. Сегодня дикие родственники пшеницы представляют собой генетический резервуар потенциально полезных генов для улучшения современных сортов.

Исследователи KAUST Бранде Вульф и Саймон Краттингер возглавили проект, в рамках которого аспиранты Эмиль Кавале-Жиорса и Андреа Гонсалес-Муньос вместе с постдоком Навинкумаром Атияннаном создали комплексный набор геномных ресурсов для Ae. tauschii. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Пангеном Ae. tauschii

Лаборатория Вульфа создала пангеном этого вида как ресурс для поиска генов устойчивости. Из первоначальной коллекции из 900 образцов (аксенионов) учёные отобрали 493 генетически уникальных. Затем, при участии Консорциума по дикой пшенице (OWWC), были выбраны образцы с интересующими признаками.

После проверки на генетическое разнообразие команда собрала 46 высококачественных геномных сборок Ae. tauschii.

Поиск генов

Ценность этих сборок — в их потенциале для открытия генов. Гонсалес-Муньос и Атияннан провели скрининг сборок для идентификации генов устойчивости к ржавчине.

Был обнаружен ген устойчивости к стеблевой ржавчине, который интрогрессировал в хлебную пшеницу из одного из образцов Ae. tauschii и был картирован в локус устойчивости Sr33.

«В случае с геном устойчивости к стеблевой ржавчине (Sr66) у нас до сих пор не было сборки, содержащей и Sr33, и Sr66 в одном аксенионе, — говорит Атияннан. — Теперь, благодаря находке образца, содержащего оба гена в разных позициях, мы можем подтвердить, что это разные гены».

В другом важном открытии исследователи идентифицировали ген устойчивости к бурой листовой ржавчине, который кодирует недавно обнаруженный класс белков устойчивости пшеницы — тандемную киназу с уникальными интегрированными доменами.

Происхождение и эволюция D-генома пшеницы

Кавале-Жиорса сосредоточился на анализе генома пшеницы. «У пшеницы много интрогрессий — естественной гибридизации с дикими родственниками. Понимание вклада разных диких родственников важно для объяснения разнообразия, адаптивности и, возможно, эволюционной истории пшеницы», — отмечает он.

Эти интрогрессии стали основным драйвером восстановления генетического разнообразия после масштабного генетического «бутылочного горлышка». Без них маловероятно, что хлебная пшеница стала бы широко возделываемой культурой.

«Мы разработали инструменты, которые впервые позволили детально отследить динамику конкретной интрогрессии (L3)», — подчёркивает Кавале-Жиорса.

Эта работа открывает новые вопросы для геномики и селекции пшеницы, особенно в фокусе адаптации.