Биологи расшифровали геном картофеля

Полная последовательность ДНК человека была определена больше 20 лет назад. Проделана такая работа и для многих других важных животных и растений, включая чай и кофе, – но только теперь ученые добрались до картофеля. Его геном намного более велик и запутан, чем у людей, и для его расшифровки пришлось использовать пыльцу растений вместо их собственных тканей. Зато теперь перед специалистами открывается широкий простор для выведения новых, более устойчивых и урожайных сортов. Об этом Корбиниан Шнибергер (Korbinian Schneeberger) и его соавторы пишут в статье, опубликованной в журнале Nature Genetics.

В самом деле, сегодня на полках магазинов продаются, по большей части, те же разновидности картофеля, что и сотню лет назад, еще до появления современной генетики. В середине прошлого века, когда на планете развернулась Третья аграрная («зеленая») революция и было получено множество новых сортов сельскохозяйственных растений, картофель затронула мало. Вывести более эффективные разновидности его оказалось крайне сложно, и урожайность картофеля выросла далеко не так значительно, как у пшеницы или риса.

Проблема в том, что геном картофеля – тетраплоидный и содержит целых четыре слегка различающихся набора хромосом (а не два, как у людей). Каждый ген существует в четырех копиях, и сформировать из них нужный признак весьма непросто, что и затрудняет выведение новых сортов и даже такую обычную сегодня задачу, как полное секвенирование ДНК. Ведь для этого ее молекулы разделяются на отдельные фрагменты, которые расшифровываются по отдельности, а затем сшиваются в единую последовательность, ориентируясь по перекрывающимся участкам.

Тетраплоидный геном создает при этом такую мешанину, что разобраться, к какому участку какой фрагмент относится, не всегда получается. Поэтому Корбиниан Шнибергер и его коллеги из Института растениеводства Общества Макса Планка пошли на хитрость. Вместо того, чтобы выделять ДНК из измельченной биомассы самого растения, они использовали его пыльцу. Она содержит не обычные соматические клетки, а половые, несущие всего лишь половинный набор хромосом. Для картофеля – двойной.

В результате работа по дешифровке полного генома картофеля состоялась. Единичный набор его хромосом включает около 3,1 миллиарда пар оснований, среди которых ученые нашли 38214 генов. Любопытно, что лишь около половины из этих генов присутствовали во всех четырех наборах хромосом растения, а в среднем они содержатся в 3,2 копиях. Неудивительно, что создание новых сортов картофеля идет с таким трудом. Однако теперь, когда ученые имеют на руках полную «карту» его сложного генома, дело должно ускориться.