Ученые расшифровали сложную эволюцию генома клубники с помощью «временных меток» ДНК

Ученые разработали новый метод расшифровки сложных геномов растений, используя «временные метки» ДНК. Исследование, опубликованное в журнале Horticulture Research, проливает свет на эволюцию культурной земляники садовой (клубники), геном которой оказался гораздо сложнее, чем считалось ранее.

Многие важные сельскохозяйственные культуры, включая пшеницу, хлопок и сахарный тростник, имеют полиплоидные геномы, то есть содержат несколько наборов хромосом от разных видов-предков. Определить точную историю сборки таких геномов крайне сложно, особенно когда виды-предки уже вымерли или неизвестны.

Исследователи из Министерства сельского хозяйства США и других учреждений применили новый биоинформатический подход, основанный на анализе длинных концевых повторов ретротранспозонов — особых мобильных элементов ДНК. Сравнивая паттерны сходства этих элементов между хромосомами, ученые смогли идентифицировать различные субгеномы и оценить время основных событий слияния геномов.

Применив метод к октоплоидной (содержащей восемь наборов хромосом) землянике садовой, команда выявила четыре различных субгенома и доказательства трех последовательных событий аллополиплоидизации, произошедших примерно 3,1–4,2 млн, 1,9–3,1 млн и 0,8–1,9 млн лет назад. Результаты подтверждают близкое эволюционное родство двух субгеномов клубники с видами Fragaria vesca и Fragaria iinumae, но ставят под сомнение предыдущие модели, предполагавшие участие дополнительных диплоидных видов-предков. Согласно анализу, некоторые «вкладчики» в геном клубники, возможно, вымерли или еще не были обнаружены.

«Эта работа демонстрирует, как транспозоны могут функционировать в качестве эволюционных временных меток, встроенных в геномы растений, — заявил один из ведущих авторов исследования. — Сосредоточившись на том, когда и где эти элементы расширялись, мы можем реконструировать историю генома, даже когда прямые ссылки на предков отсутствуют. Этот метод предлагает мощный новый инструмент для изучения полиплоидных культур и выходит за рамки зависимости от неполных данных о предках, предлагая более объективную и воспроизводимую основу для эволюционной геномики».

Новый подход может найти широкое применение в сельском хозяйстве. Более точная идентификация субгеномов способна улучшить аннотацию генов, картирование признаков и сравнительные геномные исследования, что, в свою очередь, поддержит усилия по точной селекции и ускорению улучшения культур.