«Хорошая генетика» пастушьей сумки позволила ей распространиться по всему миру
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.
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые РТУ МИРЭА и Сибирского федерального университета создали программный комплекс, который анализирует учебные планы вузов быстрее секунды и находит в них слабые места. Большинство учебных планов содержат скрытые противоречия, дублирования и неочевидные перекосы в подготовке специалистов. Это важно, потому что от качества учебного плана напрямую зависит, какие реальные навыки получат студенты и насколько они будут востребованы работодателями.
Значение вилочковой железы (тимуса) для здоровья и долголетия, возможно, сильно недооценивалось. Как показали результаты двух новых исследований, нормально функционирующий во взрослом возрасте тимус — залог здорового старения, долгой жизни и высокой выживаемости при раке.
Наскальное искусство палеолита — большая редкость для Британии, а рисунки в пещере Бейкон-Хоул, открытые в 1912 году, почти 100 лет считались природным явлением. Международная группа исследователей не только повторно обнаружила эту панель, но и с помощью химического анализа пигмента доказала ее антропогенное происхождение и возраст около 17 тысяч лет, вернув находке статус одного из древнейших памятников символической деятельности человека на Британских островах.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
Изучив данные о скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планеты системы, астрономы обнаружили, что она слишком высока для по-настоящему ледяной поверхности. Оказалось, что эти тела покрыты материалом, по своим свойствам резко отличающимся от земного льда.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно