Сибирские ученые нашли способ изучения генома хвойных растений
13 января 2022 г.
Ученые Сибирского федерального университета и их коллеги из Израиля разработали новый метод изучения геномных повторов хвойных растений. Математический метод KChains дает более подробную информацию о классификационных признаках видов.
Установлено, что геномы ели, пихты, сосны, тиса и лиственницы в своей структуре повторяются более 80% раз. Поэтому когда делают секвенирование (прочтение) отдельных фрагментов ДНК, правильно собрать их снова довольно трудно. Их исследование необходимо, чтобы установить эволюцию генов, классифицировать виды хвойных.
Израильские ученые с помощью секвентатора изучили миллиарды фрагментов ДНК - ридов, в составе которых до 20 000 нуклеотидов. Лаборатория геномики СФУ, используя новый метод, проанализировала риды сосны обыкновенной, кедра и лиственницы сибирской. В результате фрагменты группировали по таксономическим признакам и на основе базы данных по геномным повторам.
По словам ученых, в геноме всех биологических видов зашифрована информация об организме, что позволяет узнать его род и семейство, исходя из распределения повторов в ДНК. Также метод позволяет очищать образцы от микрофлоры, микрофауны и ДНК других существ, например самого человека.
«Иногда в процессе секвенирования выясняется, что проба была загрязнена остатками чужеродной ДНК, оставшейся в лаборатории после проведения ПЦР-диагностики, также могут вмешиваться технические последовательности, остающиеся при подготовке библиотек перед секвенированием. Идентифицировать и удалить всё ненужное можно с помощью нашего метода, основанного на выявлении частых повторяющихся элементов в геноме», — рассказала инженер-исследователь лаборатории лесной геномики, аспирант СФУ Елизавета Тараненко.
Наталья Орешкова, старший научный сотрудник лаборатории лесной геномики, доцент кафедры геномики и биоинформатики СФУ, сообщила, что ранее повторы в геноме считались «мусорной» частью ДНК. Для ученых это были фрагменты, которые не играли важной роли в функционировании организма. Но это были ошибочные предположения.
«Похоже, что в гигантских геномах хвойных многочисленные повторы служат нуждам эволюции — это мощный адаптационный механизм, который запустился, скорее всего, когда покрытосеменные растения (например, берёзы) стали вытеснять хвойные в менее благоприятные зоны, на менее плодородные почвы. У человека не более 50% повторов в геноме, причём рост числа повторений связан со старением организма и патологическими изменениями — опухолевыми процессами и т.п. Хвойные же почему-то отлично выживают и приспосабливаются к меняющимся климатическим условиям. Вероятно, для них эти многочисленные повторы не так опасны, и даже, скорее, полезны», — сообщила Орешкова.
Почётный профессор СФУ и профессор Гёттингенского университета, генетик Константин Крутовский отметил, что среди повторяющихся фрагментов ДНК есть транспозоны, которые могут вызывать мутации, ретровирусы и другие элементы, способные переносить с собой соседние фрагменты ДНК и даже гены. Все это отражается на активности генов, их эволюционном разнообразии и дублировании важных генов. Есть гипотеза, что дополнительные гены повышают выносливость шансы на выживание хвойных растений в суровых условиях.
«Возможно также, что это дублирование важных генов уменьшает куммулятивный эффект вредных соматических мутаций, неизбежно накапливающихся в течении жизни и ведущих к старению и смерти. А значит, риск обладания огромным количеством высокоповторяющейся ДНК в геноме у хвойных вполне оправдан — и, может быть, даже объясняет рекорды в продолжительности жизни хвойных — 500-800 лет у лиственницы и кедра, 1500-2000 лет у секвойи, до 5 тысяч лет у острошишечной сосны», — добавил Константин Крутовский.
Источник: Научная Россия