Китайские ученые раскрыли геномную загадку пустынного тополя

В совместном исследовании ученые из Ланьчжоуского университета, BGI и других институтов расшифровали полную геномную последовательность пустынного тополя (Populus euphratica) и генетические основы его устойчивости к солевому стрессу. Работа дает новое понимание генетической адаптации деревьев к засолению и способствует селекции культивируемых тополей для засоленных почв. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Пустынный тополь хорошо адаптирован к экстремальным условиям пустыни и является важным видом для изучения влияния солевого стресса на деревья. Он сохраняет более высокие темпы роста и фотосинтеза, чем другие виды тополей, при высокой солености и может выживать при концентрации NaCl в питательном растворе до 450 мМ.

Из-за сложности и высокой гетерозиготности генома пустынного тополя исследователи использовали новую стратегию "fosmid-pooling" для его секвенирования и сборки. В результате получена высококачественная геномная последовательность с высокой контигуозностью, покрытием и точностью.

Геном P. euphratica очень похож на геном близкородственного мезофитного вида P. trichocarpa. Анализ показал, что виды дивергировали 8–14 миллионов лет назад. Хотя оба вида пережили как минимум два события дупликации всего генома (WGD) и демонстрируют обширную коллинеарность, в геноме P. euphratica произошло селективное расширение и/или положительный отбор специфичных генов, связанных с устойчивостью к стрессу ("транспорт ионов", "активность АТФазы", "активность транскрипционных факторов", "активность оксидоредуктаз").

При изучении адаптации к солевому стрессу обнаружено, что несколько семейств генов, вероятно участвующих в толерантности к соли, содержат значительно больше копий генов у P. euphratica. Сравнение с солечувствительным тополем (P. tomentosa) показало, что при солевом стрессе у пустынного тополя значительно повышается экспрессия генов, вовлеченных в транспорт ионов и гомеостаз, таких как NhaD1, KUP3 и NCL.

"Полное секвенирование генома пустынного тополя раскрыло лежащие в основе генетические механизмы устойчивости к солевому стрессу, закладывая прочную основу для ускорения селекции культивируемых тополей для засоленных и пустынных полей. Наша работа также демонстрирует, что транс-омический подход к изучению солеустойчивых растений применим как к травянистым, так и к древесным растениям", — сказал Цзюньи Ван, менеджер проекта в BGI.