Учёные представили референсный геном B-хромосомы кукурузы

Три исследовательские группы совместно сообщили о получении референсной последовательности супернумерарной B-хромосомы курузы в исследовании, опубликованном в PNAS. В работе участвовали группы доктора Джеймса Бирчлера (Университет Миссури), доктора Яна Бартоса (Институт экспериментальной ботаники Чешской академии наук) и доктора Хань Фанпу (Институт генетики и биологии развития Китайской академии наук).

Супернумерарные B-хромосомы присутствуют в геномах тысяч видов растений и животных, несмотря на то что не являются необходимыми. Они сохраняются в популяциях благодаря механизмам «драйва», обеспечивающим их наследование с частотой выше типичной менделевской. Ключевые свойства, такие как происхождение, эволюция и молекулярный механизм накопления B-хромосомы у кукурузы, оставались неясными, хотя такие хромосомы давно служат мощным инструментом для генетических исследований.

Исследователи использовали комплекс методов, включая:

• Сортировку хромосом методом проточной цитометрии
• Секвенирование на платформе Illumina
• Оптическое картирование Bionano
• Определение конформации хроматина (Hi-C)

Наличие множества делеционных производных хромосомы обеспечило надёжное скаффолдинг и проверку сборки генома. В последовательности длиной 125.9 Мб было идентифицировано 758 генов, кодирующих белки, из которых как минимум 88 являются экспрессируемыми.

Учёные установили, что текущий генный состав B-хромосомы — результат непрерывного переноса генов с основного набора A-хромосом в течение длительного эволюционного периода. Этот процесс сопровождался последующей деградацией генов, хотя отбор на поддержание этой нежизненно важной хромосомы также продолжался.

Аннотация показала, что транспозонные элементы B-хромосомы являются общими с основным набором A-хромосом. Однако отсутствие синтении (сохранения порядка генов) между B-хромосомой и любой из A-хромосом указывает на то, что B-хромосома присутствует в эволюционной линии уже миллионы лет, за которые любая подобная синтения разрушилась.

Анализ последовательности и делеций выявил, что специфические повторы ДНК, расположенные в центромерной области и вокруг неё, участвуют в механизме драйва. Этот механизм включает нерасхождение хромосом при втором митозе пыльцы и предпочтительное оплодотворение яйцеклетки спермием, содержащим B-хромосому.

Исследование умело сочетает сравнение различных транслокационных и делеционных линий с многолетним генетическим анализом. Такой подход дал уникальное представление о последовательности этой хромосомы и позволил охарактеризовать потенциально функциональные элементы в её составе.