Brachypodium model system traces polyploid genome evolution
Цветковые растения часто являются полиплоидами — имеют три или более копий генома от разных родителей или в результате дупликации. Со временем после такого умножения геномов растения теряют многие гены, возвращаясь к диплоидному состоянию, но сохраняя множественные копии некоторых генов. Этот процесс важен для сельского хозяйства, так как полиплоидия используется для увеличения размера плодов и цветов, а также для придания устойчивости к стрессам.
Международная команда исследователей из Университета Сарагосы (Испания) и Объединенного института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) использовала модельную систему трав для изучения полиплоидии. Их работа опубликована в Nature Communications.
Изучение полиплоидных геномов в контексте пан-генома
Команда изучала Brachypodium hybridum — полиплоид, образованный комбинацией геномов диплоидов B. stacei и B. distachyon. Последний является родственником кандидата в биоэнергетические культуры свитчграсса и модельным растением JGI. Все три вида имеют небольшие геномы и короткие жизненные циклы.
Для исследования, частично поддержанного Программой поддержки научных сообществ (Community Science Program) JGI, команда создала референсные геномы для B. hybridum и B. stacei, а также множество геномов более низкого качества для всех трех трав. На основе этих данных был построен пан-геном, содержащий четыре генома B. hybridum и множество геномов B. distachyon.
«Нам действительно необходимо оценивать полиплоидные геномы в контексте пан-генома, чтобы не переоценивать эволюцию, произошедшую после полиплоидизации», — отметил Джон Фогель, руководитель программы функциональной геномики растений в JGI и старший автор статьи.
Один полиплоидный вид, два субгенома
Среди ключевых находок:
- Полиплоид B. hybridum формировался более одного раза, и эти события разделены миллионом лет.
- Индивид с материнским родителем B. distachyon (D-пластотип) образовался около 1,4 миллиона лет назад (Mya).
- S-пластотип — более недавнее событие (0,14 Mya) с материнским родителем B. stacei.
- Эти два типа B. hybridum не скрещиваются между собой.
В целом, результаты показывают, что эволюция полиплоидов происходит медленнее, чем ожидалось. «Хотя каждый случай, вероятно, будет разным, по крайней мере для B. hybridum это происходит намного медленнее, чем я предполагал, с потерей лишь незначительного числа генов даже после миллиона лет», — сказал Фогель.
Референсные геномы B. distachyon, B. stacei и B. hybridum доступны на портале JGI Phytozome v13.