• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
03.02.2023
ФизТех
393

Российские ученые получили высококачественный геном льна

4.5

Научный коллектив Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта (ИМБ) РАН совместно с исследователями из Федерального научного центра лубяных культур и Московского физико-технического института (МФТИ) разработал протокол выделения ДНК льна, включающий стадию изоляции клеточных ядер, который позволяет получить чистую высокомолекулярную ДНК. Используя созданный протокол, удалось даже с одного растения выделить достаточное количество ДНК для достижения большого выхода длинных чтений на платформе Oxford Nanopore Technologies (ONT), которая крайне чувствительна к качеству материала. Из полученных данных ученые собрали геном льна высокой протяженности и полноты.

Российские ученые получили высококачественный геном льна / ©Getty images / Автор: Milonia Larcius

Сегодня лен (Linum usitatissimum L.) широко используется в различных областях и становится все более востребованным. Льняное семя богато лигнанами, омега-3 и клетчаткой, что делает его полезной пищевой добавкой, а также сырьем для фармацевтической и косметологической промышленности. При производстве эмалей и лакокрасочных материалов масло льна используется для увеличения стойкости материала.

Льняное волокно применяется для создания одежды, бумаги, медицинских изделий, утеплителей, порохов и композитных материалов. Каждое из этих применений требует возделывания сортов льна с определенным набором характеристик. Для получения растений с конкретными признаками используют селекцию, при этом знание генетических основ, детерминирующих эти признаки, позволяет значительно повысить эффективность создания специализированных сортов.

Доступная высококачественная сборка генома растения — это необходимый инструмент для изучения ценных признаков сельскохозяйственных культур. Получение генома из материала с одного растения делает возможным совместный анализ генотипа и фенотипа. К сожалению, универсального подхода к построению качественной сборки генома не существует. Конечный результат зависит от самой структуры генома, выбранной платформы, объема и качества данных секвенирования.

В ходе исследования семена льна линии 3896 проращивали в чашках Петри, после чего высаживали в горшки с почвой. Когда растение достигало возраста в три-четыре недели, его частично накрывали темной тканью, защищающей от света, и растили еще одну неделю. Такая процедура позволяет уменьшить количество метаболитов в клетках растений для выделения более чистой ДНК. После роста в темноте проводили сбор листьев и немедленную их заморозку в жидком азоте. Собранный материал хранили при –70 °С до момента выделения клеточных ядер с последующей изоляцией ДНК.

«Нами разработан протокол изоляции ядер льна с последующим выделением ДНК, позволяющий из 0,5 г листьев выделить около 5 мкг чистой высокомолекулярной ДНК. Такой объем материала можно собрать даже с одного растения и получить более 30 млрд нуклеотидов длинными чтениями ONT», — рассказала Екатерина Дворянинова, сотрудник лаборатории сравнительной геномики и транскриптомики ИМБ РАН, аспирант МФТИ.

Для секвенирования использовали платформу третьего поколения ONT, позволяющую получать чтения длиной до миллионов нуклеотидов, что крайне важно для сборки протяженных геномов. Так как приложения для сборки геномов разрабатываются на основе разных алгоритмов, результат их работы зависит от качества и количества полученных данных секвенирования, а также от структуры самого генома.

Елизавета Сигова, старший лаборант лаборатории сравнительной геномики и транскриптомики ИМБ РАН, студент МФТИ, добавила: «На основе полученных данных секвенирования мы провели сравнительный анализ результатов работы различных геномных сборщиков и выбрали наиболее полную и протяженную сборку генома льна линии 3896».

Для выбора наиболее подходящего метода сборки тестировали восемь востребованных приложений-сборщиков. Качество сборок ученые оценивали с точки зрения полноты и непрерывности — оптимальная сборка генома должна быть полной, то есть содержать все обязательные консервативные участки, и протяженной, то есть состоять из как можно меньшего количества частей. Далее применялась так называемая процедура «полировки», которая используется для повышения точности полученной геномной сборки. Для выбора оптимальной схемы «полировки» также проводился сравнительный анализ востребованных на сегодняшний день приложений. В результате разработан алгоритм создания высококачественной сборки генома льна: от выращивания растений до биоинформатической обработки данных секвенирования.

«В нашем исследовании подчеркивается влияние выбранной стратегии построения генома на полученные параметры сборки и ее пригодность для будущих молекулярно-генетических исследований», — резюмирует Алексей Дмитриев, руководитель лаборатории сравнительной геномики и транскриптомики ИМБ РАН.

Геномы представителей одного и того же вида растений могут значительно отличаться друг от друга. Высококачественные геномные сборки позволяют выявить такие различия и перейти на ступень пангенома — совокупности нуклеотидных последовательностей всех представителей вида, что выводит исследования этого вида на новый уровень. Разработанный учеными алгоритм получения высококачественного генома льна необходим для создания пангенома этой культуры и будет способствовать селекции сортов с заданным комплексом характеристик и еще более широкому использованию этого ценного растения. Результаты исследования опубликованы в International Journal of Molecular Sciences. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
17 мая
Игорь Байдов

Не успели утихнуть разговоры об испытании нового британского лазерного оружия, как правительство этой страны выпустило очередной пресс-релиз, в котором рассказало о работе над еще одной установкой против беспилотников. Эксперты считают, что это оружие — альтернатива дорогостоящим ракетам. Стоимость выстрела из него составит чуть больше 10 центов.

9 часов назад
Александр Березин

Миссия NS-25 стала первой после длительной приостановки полетов New Shepard — полностью многоразового суборбитального носителя и корабля. Джефф Безос, владелец Amazon, 24 года назад создавший компанию Blue Origin, некогда планировал, что этот носитель станет базой для серьезной выручки от космического туризма.

17 мая
Ольга Иванова

Умение пользоваться орудиями труда у морских выдр известно давно, однако реальную пользу для их организма измерить непросто. Американские ученые впервые узнали, какие преимущества дает выдрам такой подход. Особенно это касается самок.

17 мая
Игорь Байдов

Не успели утихнуть разговоры об испытании нового британского лазерного оружия, как правительство этой страны выпустило очередной пресс-релиз, в котором рассказало о работе над еще одной установкой против беспилотников. Эксперты считают, что это оружие — альтернатива дорогостоящим ракетам. Стоимость выстрела из него составит чуть больше 10 центов.

9 часов назад
Александр Березин

Миссия NS-25 стала первой после длительной приостановки полетов New Shepard — полностью многоразового суборбитального носителя и корабля. Джефф Безос, владелец Amazon, 24 года назад создавший компанию Blue Origin, некогда планировал, что этот носитель станет базой для серьезной выручки от космического туризма.

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.

24 апреля
Ольга Иванова

Ученые из Австралии и Канады пришли к выводу, что подавляющее большинство одиноких людей не вступает в романтические отношения из-за страха. С одной стороны ими руководят опасения, что их отвергнут, с другой — что они потеряют свою независимость.

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.

[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: