Идентифицирован первый пангеном розы

Фото из открытых источников

В течение пяти лет исследователи секвенировали 55 000 генов, чтобы создать первый пангеном розы. Эта работа, координируемая INRAE совместно с ENS de Lyon, Хуачжунским университетом (Ухань) и Китайской академией сельскохозяйственных наук (Шэньчжэнь), предоставляет ценные ресурсы для выведения высококачественных роз, лучше приспособленных к глобальным изменениям. Результаты были опубликованы в журнале Nature Genetics.

Розы входят в число наиболее экономически значимых декоративных растений в мире, широко используемых в цветоводстве, садоводстве и косметической промышленности. Однако менее 10% видов роз внесли вклад в современное культивирование роз. До недавнего времени доступные технологии не позволяли полностью секвенировать подрод Rosa. В течение пяти лет международная исследовательская группа, координируемая INRAE совместно с ENS de Lyon, Хуачжунским университетом (Ухань) и Китайской академией сельскохозяйственных наук (Шэньчжэнь), объединила передовые стратегии и инструменты для секвенирования и расшифровки полной генетической информации розовых растений, представляющих все генетическое разнообразие рода Rosa. Исследователи аннотировали более 55 000 генов, создав первый пангеном розы. Среди них 16 844 являются важными генами, общими для всех видов и сортов роз, а около 4000 генов встречаются только у некоторых сортов.

Исследование подчеркивает сложную эволюционную историю, сформированную переносом генов и эволюцией различных групп в разных средах. Было выявлено около 2 миллионов структурных вариаций¹, что дает широкое представление о разнообразии роз. Набор данных также позволяет точно определить генетические регуляторы: некодирующие последовательности, влияющие на такие признаки, как непрерывное цветение, количество и изменение цвета лепестков, которые могут принимать различные формы у разных видов.

Полученные результаты также улучшают наше понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе ряда признаков, таких как махровый цветок, повторное цветение и окраска. Они открывают новые возможности для изучения дополнительных интересующих признаков и могут помочь ускорить программы селекции и улучшения роз — будь то улучшение декоративных характеристик (особенно аромата), повышение привлекательности для опылителей (взаимодействие растений и насекомых, на которое, в частности, влияют аромат и окраска) или усиление адаптации к глобальным изменениям за счет большей устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам²). Эти знания также могут быть применены для улучшения других видов семейства Rosaceae (включая плодовые деревья) и других декоративных растений.

Структурные вариации в геноме — это изменения в архитектуре хромосом, затрагивающие относительно большие сегменты ДНК (часто равные 50 парам оснований). К ним относятся делеции, дупликации, вставки, инверсии, транслокации, а также изменения в количестве копий определенных сегментов ДНК (вариации числа копий).

Биотический стресс вызывается живыми организмами, такими как вредители, грибы или бактерии, тогда как абиотический стресс обусловлен условиями окружающей среды, такими как засуха, жара или наводнение.

Команда ранее уже опубликовала первую расшифровку генома розы Rosa chinensis , которая внесла вклад в одомашнивание (Nature Genetics, 2018), а также сообщила о работе, раскрывающей механизм образования аромата у роз (Science, 2015). Совсем недавно они выявили общую генетическую программу у нескольких видов растений, которая привела к широко распространенному и повторяющемуся эволюционному новшеству: колючкам.

В этом последнем исследовании ученые развили эти знания и преодолели ряд трудностей, чтобы создать первый пангеном розы. Розы, на самом деле, принадлежат не к одному виду, а к более чем 150 видам, которые различаются как по вегетативной морфологии, так и по цветочным признакам. Межвидовая гибридизация, инициированная человеком, позволила объединить эти характеристики и еще больше расширить их разнообразие.