Исследование пангенома ячменя показывает, что разнообразие может возникать после одомашнивания

Международная исследовательская группа под руководством Института Лейбница IPK представила пангеном ячменя, включающий сборки геномов длинными ридами 76 диких и одомашненных образцов и данные коротких ридов 1315 генотипов. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Пангеномы — это коллекции аннотированных последовательностей геномов множества особей вида. Структурные варианты, выявляемые такими наборами данных, являются важным активом для генетического анализа сельскохозяйственных растений.

• Сравнение диких и культурных форм: Используя панель из 1000 генетических ресурсов и 315 элитных сортов, ученые сравнили сложность пангенома у культурного растения и его дикого предка. "Мы показали, что ценное разнообразие может возникать после одомашнивания", — объясняет соавтор исследования доктор Мурукартик Джаякоди.
• Выявление сложных локусов: Высококачественные сборки длинными ридами позволили впервые изучить эволюцию структурно сложных локусов. Обнаружено 173 таких локуса с почти идентичными тандемными повторами и генами, что было практически невозможно в более ранних сборках короткими ридами.
• Практическая польза для селекции: Исследователи продемонстрировали полезность пангенома на примере конкретных локусов (Mla, HvTB1, amy1_1, HvSRH1), контролирующих такие признаки, как устойчивость к болезням, архитектура растения, мобилизация крахмала и опушенность зерна.
• Пример с солодом: Только пангеном на основе длинных ридов раскрыл различия в числе копий и гаплотипическое разнообразие в семействе генов альфа-амилазы1_1, отвечающих за расщепление крахмала при соложении, сделав эту информацию доступной для селекции.

"Новое аллельное разнообразие иллюстрирует силу пангеномики, — подчеркивает профессор д-р Нильс Штайн. — Наши данные указывают, что значительная часть аллельного разнообразия, которое мы видим в структурно сложных локусах пангенома, могла помочь культурным растениям адаптироваться к новым условиям отбора в агроэкосистемах".

Ячмень входит в пятерку важнейших культур мира. Его значение может возрасти в будущем из-за устойчивости к суровым и маргинальным условиям и способности адаптироваться к засушливому климату. Аллельное разнообразие в структурно сложных локусах может помочь удовлетворить потребности как фермеров, так и селекционеров.

"Более разнообразные пангеномы сельскохозяйственных культур помогут нам понять, как противодействующие силы прошлых "бутылочных горлышек" одомашнивания и вновь возникающие структурные варианты влияют на будущее улучшение культур в условиях меняющегося климата", — говорит профессор Штайн.

Проект по пангеному ячменя объединил 80 ученых из 12 стран и был инициирован и скоординирован в IPK.