Наличие пангеномов растений для сельскохозяйственных культур, которые важны для использования в качестве топлива и продуктов питания, позволило бы селекционерам использовать естественное разнообразие для улучшения таких характеристик, как урожайность, устойчивость к болезням и терпимость к маргинальным условиям выращивания. В статье, опубликованной 19 декабря 2017 года в Nature Communications, международная группа под руководством исследователей из Объединенного института генома (JGI) Министерства энергетики США (DOE), Управления научного сообщества Министерства энергетики США в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) , измерили размер пангенома растения с использованием Brachypodium distachyon, дикой травы, широко используемой в качестве модели для зерновых культур и культур биомассы. Как один из флагманских геномов растений JGI, B. distachyon входит в число наиболее полных эталонных геномов растений.
«Существует огромное количество генов, которые не охвачены одним эталонным геномом», — добавил старший автор исследования Джон Фогель, глава группы JGI по функциональной геномике растений. «В самом деле, около половины генов в пангеноме находятся в разном количестве линий». Работая над основной целью точной оценки размера пангенома растения, Фогель и его коллеги выполнили сборку всего генома de novo и аннотацию 54 географически различных линий B. distachyon, получив пангеном, содержащий почти вдвое больше генов, обнаруженных в любой отдельной линии.
«Геном вида — это совокупность геномов, каждый со своей уникальной особенностью», — добавил биоинформатик JGI и первый автор исследования Шон Гордон. «Теперь, зная, что сосредоточение внимания на единственном эталонном геноме приводит к неполным и предвзятым оценкам генетического разнообразия и игнорирует гены, потенциально важные для селекционных приложений, нам следует лучше включить множественные ссылки в будущие исследования естественного разнообразия».Более того, гены, обнаруженные только в некоторых линиях, имеют тенденцию вносить вклад в биологические процессы (например, устойчивость к болезням, развитие), которые могут быть полезными при определенных условиях окружающей среды, тогда как гены, обнаруженные в каждой линии, обычно лежат в основе важных клеточных процессов (например, гликолиза, транспорта железа). .«Это означает, что предпочтительно сохраняются вариабельные гены, если они полезны при определенных условиях.
Это как раз те типы генов, которые нужны селекционерам для улучшения сельскохозяйственных культур». — сказал Фогель.Кроме того, гены, обнаруженные только в подмножестве линий, демонстрировали более высокие темпы эволюции, располагались ближе к мобильным элементам (которые, как считается, играли ключевую роль в эволюции пангенома) и с меньшей вероятностью были обнаружены в том же хромосомном положении, что и функционально. эквивалентные гены у других трав.
Сборки последовательностей, аннотации генов и связанную информацию можно загрузить с веб-сайта проекта BrachyPan: brachypan.jgi.doe.gov. Геном Brachypodium distachyon доступен на портале растений JGI Phytozome: phytozome.jgi.doe.gov.