Геном ядовитого борщевика содержит вдвое больше генов, чем ожидалось
Учёные впервые изучили геном борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi) — ядовитого инвазивного растения, сок которого вызывает ожоги кожи. Оказалось, что его геном содержит почти вдвое больше генов, чем у большинства других растений. Исследование опубликовано в The Plant Journal.
Результаты открывают возможности для практического применения в медицине и фармакологии, благодаря уникальным биоактивным молекулам борщевика, которые могут быть использованы для создания новых лекарств.
Борщевик Сосновского — инвазивный вид, распространившийся далеко за пределы естественного ареала на Северном Кавказе и представляющий угрозу для экосистем и здоровья человека. После Второй мировой войны растение считалось перспективной кормовой культурой и широко культивировалось на северо-западе Европейской России.
Оттуда оно начало стремительно распространяться, вытесняя другие виды и снижая биоразнообразие. Его сок содержит природные токсины, которые повышают чувствительность кожи и слизистых оболочек к ультрафиолетовому излучению и могут вызывать ожоги и раздражение при контакте.
Исследователи из Сколтеха и их коллеги из ИППИ РАН им. А. А. Харкевича изучили полный геном борщевика Сосновского и собрали его на уровне хромосом.
С помощью ДНК-секвенатора команда получила данные о геноме растения и идентифицировала отдельные гены. Их количество неожиданно оказалось очень большим: 55 000 против 25 000–35 000 у большинства других растений. Проверив несколько гипотез, учёные обнаружили, что причиной этого явления стали многочисленные дупликации (копирования) генов.
«Это довольно необычно, поскольку у растений дупликации обычно распределены по всему геному, а не сосредоточены в отдельных его частях. Многие генные семейства с резко возросшим числом генов у борщевика Сосновского связаны с синтезом вторичных метаболитов, включая линейные фуранокумарины (псорален и его производные), которые делают борщевик высокоопасным», — поясняет доцент Центра наук о жизни Сколтеха Мария Логачёва.
Исследователи тщательно проанализировали гены, которые могут быть задействованы в синтезе токсинов, вызывающих ожоги кожи на свету, и экспериментально определили функцию одного из генов, преобразующего мармезин в псорален.
Результаты работы могут быть полезны для медицины и фармакологии. Понимание особенностей генома борщевика Сосновского поможет идентифицировать и изучить его уникальные биоактивные молекулы для создания новых лекарств и методов лечения кожных заболеваний. Это также может помочь в разработке биологических методов контроля и мониторинга этого опасного растения.
«Мы планируем продолжить исследование генома борщевика и изучить генетическое разнообразие этого вида в его первоначальном ареале и на захваченных территориях. Мы собираем и анализируем образцы со всей России — от Калининграда до Дальнего Востока — чтобы выяснить закономерности и стратегии распространения борщевика, а также больше узнать о взаимосвязях между борщевиком Сосновского и родственными видами, например, борщевиком Мантегацци, который стремительно распространяется в Западной Европе», — заключает Логачёва.