Полная сборка геномов двух видов люцерны раскрывает эволюцию центромер растений

Исследователи из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук создали первые бесщелевые, теломер-в-теломер (T2T) сборки геномов для двух модельных видов рода Medicago (люцерна).

Исследование под руководством докторов Фэн Цзяня и Хань Фанпу даёт беспрецедентное представление о структуре и эволюции центромер растений, предоставляя ценный ресурс для функциональной геномики и прецизионной селекции бобовых.

Прорыв в геномике бобовых

Для полного понимания генетической основы ключевых признаков, таких как образование клубеньков, фиксирующих азот, необходимы полные и точные сборки геномов.

Используя комбинацию PacBio HiFi, ультрадлинных Oxford Nanopore ридов и Hi-C, учёные создали T2T сборки геномов Medicago truncatula Jemalong A17 (A17 v6.0) и Medicago littoralis R108 (R108 v3.0).

Эти сборки имеют размер 494.47 Мб и 415.27 Мб соответственно, с полнотой >99% по оценке BUSCO, и представляют собой наиболее полные геномы для рода Medicago на сегодняшний день.

Расшифровка центромеры: разнообразие и эволюция

Сосредоточившись на центромере — ключевой для расхождения хромосом и труднособираемой из-за повторов области, — учёные обнаружили резкие различия между видами A17 и R108.

• В A17 центромеры состоят в основном из двух тандемных сателлитных повторов: CentM168 и видоспецифичного CentM183.
• В R108 центромеры почти исключительно состоят из CentM168.

Это демонстрирует быструю эволюцию центромер даже у близкородственных видов. Учёные предложили модель, в которой активные центромеры поддерживаются обогащёнными CENH3 массивами CentM168, а неактивные перицентромерные домены буферизуются богатыми сателлитами фланкирующими регионами.

Также были идентифицированы высокохромосомо-специфичные сателлитные повторы (например, CentM51, CentM515, CentM287), подчёркивающие мозаичную природу эволюции центромер. Интересно, что центромерные регионы были обогащены молодыми LTR-ретранспозонами, что предполагает их потенциальную роль в формировании архитектуры центромер.

Значение и перспективы

Исследование представляет собой большой шаг вперёд в понимании архитектуры генома и эволюции центромер у бобовых. Оно не только создаёт высококачественную геномную основу для поиска генов и картирования признаков, но и открывает путь к конструированию растительных хромосом с улучшенной стабильностью.

Созданные T2T геномы люцерны находятся в открытом доступе и, как ожидается, ускорят исследования в области биологии бобовых — от симбиотической сигнализации и адаптации к стрессу до хромосомной инженерии и синтетической биологии.