Секвенирование генома может спасти легендарную сосну Ламберта в Калифорнии

Исследовательская группа под руководством ученых из Калифорнийского университета в Дэвисе (UC Davis) секвенировала геном легендарной сосны Ламберта (сахарной сосны), которую натуралист Джон Мьюир более века назад назвал "королем хвойных".

Размер генома сахарной сосны в 10 раз превышает размер генома человека, что делает его крупнейшим из когда-либо секвенированных для любого организма. Ожидается, что это даст ценную информацию, которая может помочь сохранить этот знаковый, но находящийся под угрозой вид деревьев.

"Наличие последовательности генома позволяет нам обнаружить лежащие в основе генетические детерминанты устойчивости к болезням, что значительно облегчит усилия по лесовосстановлению", — сказал профессор и главный исследователь Дэвид Нил, генетик лесных деревьев из UC Davis. "Теперь мы можем предоставить лесным менеджерам современные, быстрые генетические инструменты для идентификации устойчивых деревьев".

Нил сотрудничал в проекте Pine Reference Sequences с генетиком Чарльзом Лэнгли и биоинформатиком Кристианом Стивенсом (оба из UC Davis), а также с исследователями из других университетов и Лесной службы США.

Геном сахарной сосны был обнародован и доступен в открытом доступе на сайте Pine Reference Sequences.

Важность сахарной сосны в лесах Калифорнии

Сосна Ламберта (Pinus lambertiana) — один из самых высоких видов деревьев в мире. Она эндемична в основном для Калифорнии, простираясь на юг до части Нижней Калифорнии в Мексике и на север до Орегона. Ее шишки, в среднем от 10 до 20 дюймов (25–50 см) в длину, являются одними из самых длинных среди всех хвойных видов.

"Сахарная сосна имеет важную экологическую ценность как ключевой компонент лесов Калифорнии, рекреационную ценность во всей Сьерра-Неваде и экономическую ценность как источник древесины", — отметил Нил.

Около 1930 года в Калифорнию была занесена ржавчинная болезнь белой сосны (пузырчатая ржавчина белой сосны). Этот грибковый патоген представляет значительную угрозу для сахарной сосны и других видов "белых сосен". Фактически, среди коммерчески важных белых сосен в Северной Америке сахарная сосна наиболее восприимчива к этому заболеванию.

Кроме того, выживанию сахарной сосны угрожает повреждение короедами, а также продолжающаяся засуха и нехватка снежного покрова в Сьеррах.

Секвенирование геномов сосен

Сосны и другие древние хвойные являются доминирующими видами в лесах умеренных регионов мира. Род Pinus включает более 100 видов сосен, которые делятся на две основные подгруппы — желтые сосны и белые сосны. Сосна ладанная (лоблолли), член подгруппы желтых сосен, была секвенирована Нилом, Лэнгли и коллегами в прошлом году. Вновь секвенированный геном сахарной сосны в 1,5 раза больше генома сосны ладанной, который сам по себе считался большим на момент секвенирования. Эти две новые референсные последовательности служат основой для будущих исследований и приложений в области генетики сосен.

"Секвенирование и сборка этих двух геномов сосны достигает современных пределов возможностей геномных технологий и методов", — сказал профессор Лэнгли. "Как и референсная последовательность генома человека, они еще не завершены, но они действительно предоставляют почти полный 'список деталей' и черновик 'инструкций'".

Развитие более ранних открытий устойчивости к болезням

Бохун Кинлох, заслуженный генетик-исследователь Лесной службы США, использовал традиционные методы селекции и тестирование потомства в течение многих лет, до появления секвенирования, чтобы обнаружить редкий ген устойчивости к пузырчатой ржавчине у "родительских деревьев" сахарной сосны в 1970 году.

"Лесная служба США высаживает сеянцы от устойчивых родительских деревьев в лесах, поэтому новые диагностические инструменты, полученные из референсных последовательностей, ускорят прямое обнаружение устойчивых к болезням родительских деревьев, минуя дорогостоящее тестирование потомства. Семена, посаженные от этих родителей, помогут защитить новые поколения сахарных сосен от разрушительного патогена пузырчатой ржавчины", — пояснил Кинлох.

Эта информация представляет большой интерес для природоохранных агентств, таких как Лесная служба США, и лесозаготовительных компаний, таких как Sierra Pacific Industries, которые управляют естественным ареалом сахарной сосны.

Доступ к последовательности генома

Геномная информация о сахарной сосне была предоставлена в свободный доступ Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США, который финансировал проект; UC Davis; и другими партнерами по исследованиям. Отчет о секвенировании и анализе генома сахарной сосны ожидает публикации в научном журнале. Научные отчеты о секвенировании генома сосны ладанной появились в прошлом году в журналах Genetics и Genome Biology.