Роль субгеномов в эволюции бамбука

Полиплоидия (удвоение генома) — важная движущая сила эволюции цветковых растений. Однако взаимодействия между предковыми геномами в полиплоидном ядре, часто связанные с доминированием субгеномов, изучены слабо.

Бамбуки демонстрируют большое видовое и морфологическое разнообразие: небольшой травянистый, в основном диплоидный клад (_{126 видов) и три основных полиплоидных древесных клада (}1576 видов). Древесные бамбуки (ДБ) обладают уникальными чертами: быстрый рост (до 114,5 см/день) и синхронное, обычно монокарпическое цветение (раз в ~30–60 лет).

Международная группа под руководством профессора Ли Дэчжу из Kunming Institute of Botany (KIB), в сотрудничестве с учёными из США, предложила уточнённую модель происхождения и полиплоидизации древесного бамбука. Результаты опубликованы в Nature Genetics в статье "Genome assemblies of 11 bamboo species highlight diversification induced by dynamic subgenome dominance".

Исследование выявило:

• Повторяющиеся события гибридизации между диплоидными предками древесных линий с последующей полиплоидизацией.
• Интрогрессию между предковыми древесными и травянистыми линиями на ранних этапах эволюции бамбука.

Учёные получили хромосомные геномные последовательности 11 видов бамбука с помощью технологий секвенирования третьего поколения и проанализировали транскриптомные данные 476 образцов.

С помощью мультиомиксного подхода подтверждено наличие у ДБ четырёх различных субгеномов: A, B, C и D.

Несмотря на 12–20 млн лет с момента полиплоидизации, ДБ демонстрируют удивительную стабильность кариотипа, сохраняя на уровне субгеномов предковое состояние в 12 хромосом, характерное для семейства злаковых.

Ключевые выводы о доминировании субгеномов:

• В двух тетраплоидных линиях наблюдается чёткое доминирование C-субгенома (размер генома, фракционирование генов, экспрессия).
• В гексаплоидной линии картина более динамична: доминирование постепенно смещается от C- к A-субгеному.
• Именно доминирующий C-субгеном (вместе с A-субгеномом у гексаплоидов) внёс наибольший вклад в эволюцию уникальных признаков ДБ и, вероятно, их адаптивную радиацию в лесные местообитания.

Работа подчёркивает важность полногеномных сборок для понимания эволюции субгеномов у полиплоидных растений.