«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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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