Расшифровка генома кунжута проливает новый свет на биосинтез масла

Ученые из НИИ масличных культур Китайской академии сельскохозяйственных наук, BGI, Копенгагенского университета и других институтов успешно расшифровали геном кунжута — культуры с высоким содержанием масла. Это дает новое понимание важных стадий развития семян и накопления масла, а также указывает на потенциальные ключевые гены для производства сезамина. Благодаря совместным усилиям кунжут стал вторым растением из порядка Ясноткоцветные (Lamiales), чей геном секвенирован, после ранее опубликованного крошечного генома Utricularia gibba. Исследование опубликовано в журнале Genome Biology.

Кунжут (Sesamum indicum L.) считается «королевой масличных культур» из-за высокого содержания и качества масла. Его широко выращивают в тропических и субтропических зонах как важный источник масла и белка. По сравнению с другими масличными культурами, такими как соя, рапс, арахис и олива, кунжут обладает врожденным преимуществом — высоким содержанием масла (~55% от сухого веса семян), что делает его привлекательной моделью для изучения биосинтеза липидов. Однако до сих пор доступны лишь ограниченные геномные данные по кунжуту.

В этой работе ученые представили высококачественный черновой вариант генома генотипа кунжута 'Zhongzhi No. 13' — элитного сорта, выращиваемого в Китае последние десять лет. После обработки данных размер собранного генома кунжута составил около 337 Мб, с общим числом генов 27 148. Результаты подчеркнули отсутствие домена Toll/interleukin-1 receptor в генах устойчивости, что может указывать на новую парадигму в понимании взаимодействия генов устойчивости с болезнями.

Для изучения молекулярного механизма биосинтеза липидов исследователи провели сравнительный геномный и транскриптомный анализ. Они обнаружили экспансию генов переносчиков липидов типа 1 за счет тандемной дупликации, сокращение числа генов деградации липидов, а также дифференциальную экспрессию ключевых генов в пути биосинтеза триацилглицеринов, особенно на ранней стадии развития семян. Дополнительно ученые повторно секвенировали 29 образцов кунжута из 12 стран, чтобы изучить генетическое разнообразие генов, связанных с липидами.

Сезамин — это маслорастворимый фурофурановый лигнан, характерный для семян кунжута. Многочисленные исследования на крысах и мышах указывают на различные полезные для здоровья свойства сезамина. Известно, что это соединение способствует нормализации артериального давления, снижению уровня холестерина, защите печени и снижению веса. В биосинтезе сезамина участвуют два ключевых гена, кодирующих белок диригент (DIR) и пиперитол/сезамин синтазу (PSS) соответственно. В данном исследовании ученые обнаружили, что гомологи DIR присутствуют у кунжута и томата, но PSS обнаружены только у кунжута, что указывает на генетическую основу для производства этого специфичного для кунжута соединения.