Учёные завершили первое полное секвенирование генома орхидеи

Орхидеи — одно из самых разнообразных семейств растений — теперь имеют свой первый секвенированный геном. Результаты опубликованы в журнале Nature Genetics в качестве обложной статьи.

Исследование выполнено в рамках международного проекта «Геном орхидеи» (Orchid Genome Project) под руководством Лай-Цяна Хуанга и Чжун-Цзяня Лю из Университета Цинхуа и Национального центра сохранения орхидей в Шэньчжэне (Китай). В коллаборации участвовали учёные из различных институтов, включая Университет Чэнкун на Тайване, Гентский университет в Бельгии и Институт ботаники Китайской академии наук в Пекине.

Команда провела полное секвенирование генома Phalaenopsis equestris — важного родительского вида для селекции коммерческих штаммов фаленопсисов. P. equestris также стал первым растением с толстянковым кислотным метаболизмом (Crassulacean Acid Metabolism, CAM), чей геном секвенирован.

Собранный геном содержит 29 431 предсказанный белок-кодирующий ген. Средняя длина интрона составляет 2 922 пары оснований, что значительно больше, чем у любых других секвенированных геномов растений. Дальнейший анализ показал, что транспозонные элементы в интронах — основная причина, по которой гены орхидей имеют такие большие интроны.

Гетерозиготность создаёт большие сложности для полного секвенирования и сборки генома, и геном орхидеи — не исключение. В нём обнаружили, что контиги, вероятно, недооценены из-за гетерозиготности и обогащены генами, которые могут быть вовлечены в пути самостерильности. Эти гены могут быть кандидатами для дальнейших исследований механизма самостерильности у орхидей.

Как и во многих геномах растений, найдены свидетельства специфичного для орхидей палеополиплоидного события, которое предшествовало радиации большинства клад орхидей. Это может быть важной подсказкой к тому, почему орхидеи развились в одно из крупнейших семейств растений на Земле.

Сравнение с гомологичными генами других растений выявило дупликацию и потерю генов CAM на линии к орхидеям. Этот результат предполагает, что дупликация генов могла способствовать эволюции CAM-фотосинтеза у P. equestris.

Наконец, учёные обнаружили расширенные и диверсифицированные семейства генов MADS-box C/D-класса, B-класса AP3 и AGL6-класса, что может объяснять высокоспециализированную морфологию цветков орхидей.

Во всём мире орхидеи находятся под угрозой исчезновения из-за незаконного сбора и потери среды обитания. Полная геномная последовательность P. equestris станет важным ресурсом для изучения разнообразия и эволюции орхидей на геномном уровне. Она также будет ключевым ресурсом для разработки новых концепций и методов генной инженерии, таких как селекция с помощью молекулярных маркеров и получение трансгенных растений, что необходимо для повышения эффективности селекции орхидей и помощи исследованиям в области орхидееводства.