Ученые расшифровали полные геномы двух видов люцерны, раскрыв эволюцию центромер растений

Фенотипические различия между образцами A17 и R108. Автор: IGDB

В прорывном исследовании геномики бобовых ученые из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук впервые создали полные, без пробелов, теломер-теломерные (T2T) сборки геномов двух модельных видов люцерны.

Исследование под руководством доктора Фэн Цзяня и доктора Хань Фанпу дает беспрецедентное представление о структуре и эволюции центромер растений, что станет ценным ориентиром для функциональной геномики бобовых и точной селекции.

Результаты опубликованы в журнале Molecular Plant.

Прорыв в геномике бобовых

Люцерна — ключевой модельный род среди бобовых, включающий важные кормовые культуры, такие как люцерна посевная. Ее корни образуют клубеньки, фиксирующие азот благодаря симбиозу с ризобиями, что улучшает рост растений и плодородие почвы.

Для полного понимания генетической и структурной основы этих признаков необходимы полные и точные сборки геномов.

Используя комбинацию секвенирования PacBio HiFi, ультрадлинных чтений Oxford Nanopore и метода Hi-C, ученые создали T2T-сборки геномов для Medicago truncatula Jemalong A17 (A17 v6.0) и Medicago littoralis R108 (R108 v3.0). Их размер составил 494,47 Мб и 415,27 Мб соответственно, с полнотой >99% по оценке BUSCO — это самые полные геномы люцерны на сегодня.

Расшифровка центромер: разнообразие и эволюция

Особое внимание ученые уделили центромерам — одним из самых загадочных регионов эукариотических геномов, играющих ключевую роль в разделении хромосом. Из-за высокой повторяемости их сборка долгое время оставалась сложной задачей.

С помощью иммунопреципитации хроматина, флуоресцентной гибридизации (FISH) и аннотации повторов обнаружились поразительные различия между центромерами A17 и R108. У A17 они состоят из двух тандемных сателлитных повторов (CentM168 и CentM183), а у R108 — почти исключительно из CentM168, что указывает на разную эволюционную траекторию видов.

Также выявлены хромосомно-специфичные сателлитные повторы (CentM51, CentM515, CentM287) и обогащение центромер молодыми ретротранспозонами, что предполагает их роль в формировании архитектуры центромер.

Значение и перспективы

«Это исследование — огромный шаг в понимании архитектуры генома и эволюции центромер у бобовых», — отметил доктор Фэн Цзянь.

«Теперь, имея полные сборки, мы можем изучать, как центромеры возникают, меняются и влияют на эволюцию генома», — добавил доктор Хань Фанпу.

Полные геномы люцерны уже доступны научному сообществу и ускорят исследования в области симбиоза, устойчивости к стрессам и хромосомной инженерии.

Подробнее: Lisha Shen et al, Two complete telomere-to-telomere Medicago genomes reveal the landscape and evolution of centromeres, Molecular Plant (2025). DOI: 10.1016/j.molp.2025.07.016

Источник: Chinese Academy of Sciences