• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
5 апреля
РНФ
1 669

«Хорошая генетика» пастушьей сумки позволила ей распространиться по всему миру

4.4

Ученые впервые проанализировали полный геном пастушьей сумки — вида, который входит в пятерку самых распространенных растений мира и встречается на всех континентах, кроме Антарктиды. Оказалось, что существующие на сегодняшний день популяции пастушьей сумки, различающиеся, например, формой и размером листьев, произошли от одного предкового растения-гибрида. Исследование истории этого вида и в перспективе открытие механизмов, за счет которых пастушья сумка расселилась по миру, позволит понять, как повысить устойчивость сельскохозяйственных растений к холоду и засухам.

Линии пастушьей сумки с разной скоростью перехода к цветению из разных климатических зон, выращенные в гидропонной установке
Линии пастушьей сумки с разной скоростью перехода к цветению из разных климатических зон, выращенные в гидропонной установке / © Алексей Пенин

Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале BMC Biology. Обычно в клеточных ядрах животных и растений содержится двойной набор хромосом — молекул ДНК, окруженных белками. Однако встречаются виды-полиплоиды, с четырьмя или даже более наборами хромосом. Особенно много их среди культурных растений: таковы пшеница, сахарный тростник, хлопчатник, клубника, рапс. Полиплоиды часто возникают в результате скрещивания относительно далеких, хотя и родственных видов, когда их геномы объединяются, в результате чего хромосом становится в разы больше.

Предположительно, полиплоидия улучшает способность организмов адаптироваться к среде обитания. Например, растения с несколькими наборами хромосом могут быть более устойчивы к засухам и недостатку минеральных веществ, быстрее расти и распространяться. Однако причины таких преимуществ до конца не ясны. Новые открытия в этой области позволят разработать механизмы, повышающие урожайность и устойчивость культурных растений к неблагоприятным условиям среды.

Ученые из Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН (Москва) и Сколковского института науки и технологии (Москва) исследовали полный геном и распределение генов по хромосомам пастушьей сумки.

«Яркий пример полиплоида, обладающего высокой приспособленностью, — пастушья сумка обыкновенная (Capsella bursa-pastoris). Виды, считающиеся родительскими по отношению к этому растению — красноватая и восточная пастушьи сумки, — имеют небольшие ареалы в зонах с благоприятным климатом — в Средиземноморском регионе и Центральной Азии. При этом их гибрид можно встретить по всему миру — от Мурманска и пустынь на Ближнем Востоке до горных районов Китая. Однако генетические основы такой способности успешно расти в совершенно разных условиях практически не изучены», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Алексей Пенин, заведующий лабораторией геномики растений ИППИ имени А. А. Харкевича РАН.

Несмотря на огромный прогресс в технологиях секвенирования — определения генетических последовательностей, — сборка геномов полиплоидов остается сложной задачей. Это связано с тем, что у них в геноме очень много похожих друг на друга участков, которые программы-сборщики склонны ошибочно воспринимать как один и тот же фрагмент.

Авторы выполнили несколько дополнительных проверок результатов программ-сборщиков, а также аннотировали геном, то есть разметили его на гены и некодирующие области. В результате анализ показал, что у пастушьей сумки оба генома, доставшихся ей от родителей, равноценны и используются клетками примерно одинаково. Это необычное явление, потому что у большинства полиплоидов, например хлопчатника, кукурузы и клубники обычно один из геномов доминирует — в нем сохраняется больше генов и они активно работают, тогда как в другом происходят потери генов или накапливаются изменения, препятствующие их активности.

Разнообразие структуры листьев разных линий пастушьей сумки / ©
София Юдина

Также биологи выяснили, что очень далекие популяции пастушьей сумки — азиатская, ближневосточная и европейская — имеют одинаковые изменения в структуре хромосом. Это говорит о том, что пастушья сумка как вид возникла в процессе эволюции однократно. То есть все растения пастушьей сумки, которые сейчас распространены в мире, имеют одного предка.

Кроме того, данные, полученные в результате полногеномного анализа, опровергают существующее мнение о том, что прямым прародителем пастушьей сумки обыкновенной был вид красноватая пастушья сумка (Capsella rubella). Авторы считают, что Capsella rubella является «тетей» пастушьей сумки обыкновенной, а ее истинный родитель либо вымер, либо еще не обнаружен.

«Секвенирование генома — это только первый шаг по изучению этого вида. Сейчас мы проводим с пастушьей сумкой ряд других экспериментов, в частности, по редактированию генома — избирательно отключаем гены, унаследованные от предковых видов, чтобы понять, как отличаются их функции. Также мы собираем коллекцию образцов из разных климатических зон для того, чтобы установить, какие изменения в геноме помогли к ним адаптироваться. Мы надеемся, что эти исследования не только помогут понять общие закономерности эволюции полиплоидов, но и облегчить изучение сельскохозяйственных растений со сложными геномами, таких как кукуруза и пшеница», — подводит итог Алексей Пенин.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
11 часов назад
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

Сегодня, 08:15
Полина Меньшова

Нейросети научились систематически внушать собеседнику ложные убеждения. При этом для обмана рассмотренные языковые модели никто специально не тренировал, а в некоторых случаях им даже запрещали вести себя нечестно.

Сегодня, 12:33
Мария Азарова

Лимфатические узлы — чувствительные мишени для канцерогенных химических веществ. Появляется все больше доказательств того, что иммунологические нарушения из-за воздействия растворителей, антипиренов, пестицидов и красок для волос играют ключевую роль в начале развития злокачественных лимфом. Опасны ли в этом смысле татуировки, выяснила команда медиков из Швеции.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

24 мая
Полина Меньшова

Чрезмерный или неконтролируемый просмотр порноконтента, как правило, связан с особенностями психологического и эмоционального состояния человека. Какие именно факторы вызывают потребность в видео «для взрослых», объяснили специалисты из Австралии.

11 часов назад
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: