Геном Corymbia расширяет знания о синтезе терпенов
Аннотации геномов двух подвидов C. citriodora расширяют понимание семейства генов терпенсинтаз у эвкалиптовых линий.
Терпены — вездесущая и разнообразная группа органических соединений, производимых растениями. Они играют ключевую роль в росте, защите и взаимодействии с окружающей средой, а также имеют экономическое значение для промышленности, фармацевтики и как предшественники биотоплива. Сотни терпенов охарактеризованы у эвкалиптов — группы из 900 видов деревьев семейства Myrtaceae, включающего близкородственные роды Angophora, Corymbia и Eucalyptus.
Род Corymbia, эндемичный для северной Австралии, всё чаще выращивается в других странах для производства эфирных масел. Недавняя сборка геномов двух подвидов Corymbia citriodora позволила изучить сохранение и эволюцию генов, ответственных за производство ферментов терпенсинтаз (TPS). Это семейство ферментов критически важно для синтеза и огромного разнообразия терпенов. До недавнего времени исследования семейства генов TPS ограничивались двумя видами Eucalyptus — E. grandis и E. globulus. Аннотация двух подвидов C. citriodora даёт отличную возможность исследовать сохранение и эволюцию этого важного семейства генов в разных линиях эвкалиптов. Поскольку терпены служат сырьём для производства биотоплива, лучшее понимание их синтеза в растениях будет важно для развития альтернативных видов топлива.
Хотя близкородственные виды Eucalyptus и Corymbia относятся к эвкалиптам, они обитают в разных условиях. Eucalyptus предпочитает более прохладные, умеренные или субтропические среды, тогда как Corymbia более распространены в засушливых частях Австралии с низкокачественными почвами и даже в пустынных районах с малым количеством осадков. При этом Corymbia также может процветать в районах с большим количеством дождей.
Предыдущий анализ референсного генома E. grandis, выполненный международной командой с участием исследователей из DOE Joint Genome Institute (JGI), выявил самое большое количество генов TPS среди всех секвенированных на сегодня растений, за которым близко следует E. globulus. Эти гены, встречающиеся в кластерах или дублированных массивах, склонны к быстрому генетическому расширению, что частично объясняет огромное разнообразие терпеновых продуктов в природе. В рамках предложения Объединённого института биоэнергетики (JBEI) Министерства энергетики США (DOE), JGI работал над повторным секвенированием нескольких геномов эвкалиптов, чтобы установить возможность полногеномных ассоциативных исследований генетических признаков, желательных с точки зрения производства биотоплива.
С помощью инструментов выравнивания геномных баз данных исследователи нашли гены TPS в C. citriodora. Затем они сравнили список предполагаемых генов из C. citriodora с известными последовательностями генов TPS из видов Eucalyptus и других растений. Расположение генов и генных кластеров TPS было сопоставлено с таковыми у E. grandis, чтобы найти различия в организации генома между двумя видами. Работа была опубликована в журнале Heredity.
Чтобы понять экспрессию и функцию этих генов TPS, австралийские исследователи секвенировали мРНК из разных тканей C. citriodora. В этих образцах было обнаружено в общей сложности 127 локусов TPS, многие из которых имели высокое сходство последовательностей с генами TPS других растений. Исследователи сообщили о 102 предполагаемых функциональных генах TPS в C. citriodora, что является высоким показателем по сравнению с другими растениями и сопоставимо с количеством генов TPS в E. grandis. Примечательно, что конкретные типы генов TPS, обнаруженные в C. citriodora, позволяют предположить, что эти растения синтезируют высокий уровень вторичных метаболитов, которые играют роль в реакциях на биотический и абиотический стресс.
В целом, это исследование улучшает наше понимание семейства генов терпенсинтаз и показывает, что большое семейство генов TPS хорошо сохраняется у эвкалиптов. Улучшенные знания об эволюции и отборе этого семейства генов могут помочь исследователям манипулировать генами TPS для увеличения производства терпенов для разработки биотоплива.