Генетики составили наиболее полную карту генома огурца

22.10.2013

В совместном исследовании, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Genetics, учёные из Центра изучения генома при Китайской академии сельскохозяйственных наук (CAAS), Пекинского института изучения генома (BGI) и ряда других научных центров, провели крупномасштабную расшифровку генома огурца.

Карта, составленная генетиками на основе изучения более 115 тысяч изумрудных плодов по всему миру, включает в себя данные о 3,6 миллионах вариаций генов. Данная работа будет полезной и для ботаников, и для фермеров, занимающихся повышением урожайности культур.

Огурец является не только самым потребляемым овощем во всём мире, но и модельной системой для изучения половой детерминации и сосудистой биологии растений. Секвенирование геномов растений не так распространено, как та же процедура у животных, но именно огурец стал седьмым растением, чью генетическую карту составили в 2009 году.

Поскольку этот организм заслуживает наиболее пристального внимания, расшифровать его геном учёные решили повторно, сделав при этом акцент на генетические вариации. Исследователи из CAAS и BGI проследили за 115 наследственными линиями огурцов, взятых из 3342 образцов по всему миру. Карту также дополнили данными о генах дикого огурца.

В общей сложности было обнаружено более 3,3 миллионов однонуклеотидных полиморфизмов, более 0,33 миллионов мелких генетических вставок и делеций и 594 вариаций наличия-отсутствия некоторых генов.

Карта генома огурца поможет выводить новые сорта, повышать урожайность культур и даже увеличивать их питательность (фото  Muu-karhu/Wikimedia Commons).

Кроме того, генетики получили результаты модельных анализов популяционной структуры вида и филогенетической реконструкции. Эти результаты показали, что представители трёх культурных групп — евразийской, восточно-азиатской и округа Сишуанбаньна — происходят от одного общего предка и являются генетически однородными.

Однако образцы из индийской группы являются представителями субструктуры и имеют явные свидетельства генетических отличий (гетерогенности). Дальнейший анализ также выявил исконный статус индийской группы, а это поможет внедрить новые аллели в культурный генофонд.

В рамках своего исследования генетики также провели сравнительный анализ овощных и зерновых культур. Результаты показали, что три овощные культуры (огурец, арбуз и помидор) прошли через более узкий эффект бутылочного горлышка, чем зерновые культуры, такие как рис, кукуруза и соя.

Это означает, что огурцы, к примеру, испытывали большее сокращение своего генофонда, чем рис или кукуруза. Данную информацию необходимо было выяснить для того, чтобы понять, как сокращалось количество видов растения в процессе одомашнивания.

Сравнивая огурец обыкновенный и огурец дикий, исследователи попытались проследить, какие изменения произошли на генетическом уровне в ходе эволюции данного растения.

Эффект бутылочного горлышка на графике: генетическое разнообразие популяции сокращается под влиянием какого-либо события, после чего численность постепенно восстанавливается (иллюстрация Rino ap Codkelden/Wikimedia Commons).

Дикий огурец на вкус очень горький. Важным этапом в процессе одомашнивания огурца человеком было избавление от неприятного вкуса, который обеспечивается активностью двух генетических локусов — Bi и Bt. Новейшее исследование показало, что локус Bt был ограничен регионом 442-KB на пятой хромосоме, которая включает в себя 67 генов.

Одним из важнейших этапов исследования было выявление генов, отвечающих за отличительные черты образцов из разных групп. В этой части работы наибольший интерес учёных привлекло весьма необычное для данного вида овощей явление − оранжевый внутриплодник. Он является характерной особенностью огурцов из Сишуанбаньнаской группы.

За оранжевый цвет отвечает большое количество растительного пигмента бета-каротина, которое контролирует один рецессивный ген. Данная информация поможет вывести сорт огурцов с наибольшей питательной ценностью и полезными свойствами. Ведь продукты, содержащие бета-каротин, поставляют в наш организм большое количество антиоксидантов.

 

Вести