Геномный анализ раскрывает сложную историю селекции сельдерея

Сельдерей — важная овощная культура семейства Apiaceae, ценимая за питательные и лекарственные свойства. Обычно выделяют три его разновидности: A. graveolens var. dulce (черешковый сельдерей) с толстыми и плотными черешками; A. graveolens var. rapaceum (корневой сельдерей, или сельдерей-репа) с круглым, увеличенным гипокотилем; и A. graveolens var. secalinum (листовой сельдерей) с тонкими, ароматными черешками. Однако текущие исследования в основном сосредоточены на черешковом сельдерее, оставляя две другие разновидности малоизученными, что ограничивает понимание их эволюционной истории и генетического разнообразия.

Исследователи из Уханьского ботанического сада Китайской академии наук впервые получили высококачественную сборку генома корневого сельдерея на уровне хромосом с помощью полногеномного секвенирования. Они также построили комплексную карту геномных вариаций, повторно секвенировав 177 образцов сельдерея. Исследование опубликовано в Plant Biotechnology Journal.

С помощью филогенетического, популяционного анализа и анализа генетического разнообразия учёные обнаружили, что средиземноморский листовой сельдерей является самой ранней культивируемой формой, что подтверждает его происхождение в Средиземноморском регионе.

«После первоначального одомашнивания в этом регионе сельдерей был искусственно отобран для двух различных целей, — сказал профессор Гао Лэй, автор-корреспондент исследования. — Один отбор привёл к корневому сельдерею с увеличенным гипокотилем, а другой был направлен на черешковый и китайский листовой сельдерей с фокусом на структуру черешка и улучшение вкуса».

Черешки у черешкового сельдерея плотные и сочные, тогда как у корневого и листового — характерно тонкие и полые. Поперечные срезы подтвердили, что полые полости развиваются постепенно в процессе роста черешка.

Используя транскриптомный анализ вместе с GWAS (полногеномным поиском ассоциаций) на основе SNP (однонуклеотидных полиморфизмов) и SV (структурных вариантов), исследователи выявили, что признак полого/плотного черешка у сельдерея связан с наличием или отсутствием гена NAC, Agrc04g007090.

Анализ популяционных вариаций показал, что этот ген присутствует у всех образцов с полым черешком и отсутствует у образцов с плотным черешком. Функциональная валидация в Arabidopsis подтвердила, что Agrc04g007090 регулирует формирование полого черешка, способствуя запрограммированной гибели клеток сердцевины черешка.

Эти результаты проливают свет на историю культивирования и одомашнивания сельдерея, одновременно раскрывая молекулярные механизмы, лежащие в основе его ключевых агрономических признаков. Они предлагают ценные генетические ресурсы для улучшения и сохранения сортов сельдерея.