Обширная вариация, выявленная в 1001 геноме и эпигеноме Arabidopsis

Международная команда ученых отсеквенировала полные геномы и эпигеномы более 1000 растений Arabidopsis thaliana, собранных в географически разнообразных локациях. Коллекция из 1001 генома и 1001 эпигенома не только проливает свет на новые аспекты эволюционной истории растения, но и дает всеобъемлющую, видоспецифичную картину взаимодействия между генетической и эпигенетической вариацией у этой важной модельной системы.

Появление секвенирования нового поколения около 2007 года сделало возможным относительно быстрое и дешевое секвенирование геномов. Исследователи решили, что «если у наших коллег будет тысяча геномов, то у нас должно быть как минимум тысяча и один геном», — пошутил Детлеф Вайгель, со-руководитель проекта. Но секвенирование генома дало лишь часть истории — ученые пошли дальше и также отсеквенировали транскриптом и метиллом этих растений.

«Это огромный генератор гипотез с точки зрения попытки понять, что происходит в естественном мире», — объяснил Джо Экер, руководивший проектом 1001 эпигенома. Данные позволяют ученым, интересующимся адаптацией диких растений к изменению климата, изучать как тонкие, так и не очень тонкие генетические и эпигенетические варианты, захваченные из природы.

Две новые работы, опубликованные вместе 14 июля 2016 года в журнале Cell, показывают, что примерно 25% генов в геноме Arabidopsis демонстрируют разнообразие в своем состоянии метилирования. Метилирование, добавление метильных групп к цепи ДНК, связано с сайленсингом транспозонов («прыгающих генов»). «Метилирование также может модифицировать экспрессию генов, например, блокируя посадку фактора транскрипции на промотор гена», — сказала Кароль Хуанг.

Исследователи также обнаружили тесное взаимодействие генома и эпигенома. «Существуют гены, которые контролируют эпигеном у этих различных растений, и варианты этих генов потенциально изменяют эпигеном таким образом, что помогает растению лучше выживать в конкретной среде», — объяснил Экер.

Хотя ученые искали такие ассоциации и раньше, исследования были ограничены небольшим размером выборки. «Имея 1000 образцов, мы можем измерить, какая часть вариации метилирования может быть объяснена генетическими вариантами», — сказала Эрико Сасаки.

Еще одной поразительной особенностью стало то, что гены, вовлеченные в иммунитет, демонстрируют больше генетической и эпигенетической вариации, чем другие классы генов. У них были не только небольшие мутации, но и «вариабельные эпиаллельные состояния, ассоциированные с крупномасштабными структурными перестройками и транспозонами», — сказал Флориан Юпе.

Ученые также заметили корреляции генетических и эпигенетических вариантов с климатом и географическим положением. Они работают над идентификацией конкретных генов и эпигенетических маркеров, позволяющих конкретному сорту процветать в определенной среде.

Новый набор данных также может вдохновить селекционеров, которые обычно фокусируются на генетических маркерах. «Селекционеры потенциально могут использовать эпигенетическую информацию так же, как и генетическую, для отбора по признакам; теперь можно проверить эффективность такого подхода», — сказал Экер.