Расшифрована потеря генов субгенома у проса обыкновенного

Полиплоидия широко распространена у растений и сыграла значительную роль в эволюции почти всех геномов покрытосеменных. Например, многие культурные растения являются либо полиплоидами (пшеница, кофе, хлопок, арахис), либо палеополиплоидами (рис, кукуруза, соя, сорго). После полиплоидизации, особенно при аллополиплоидии, субгеномы могут снижать потенциальную генетическую несовместимость через редиплоидизацию — процесс, включающий быструю потерю генов. Однако движущие силы и механизмы этого процесса остаются неясными.

Аллотетраплоидное просо обыкновенное (Panicum miliaceum), одна из древнейших культур Северного Китая, представляет собой сложный объект для изучения, так как его диплоидные предки не определены. Это затрудняет идентификацию субгеномов и оценку времени аллотетраплоидизации.

Группа профессора Чэнь Миншэна из Института генетики и биологии развития КАН заново собрала высококачественную геномную последовательность проса в масштабе хромосом.

Используя эволюционно-дистанционный метод и вид Panicum hallii в качестве посредника, исследователи разделили геном проса на два субгенома (A и B). Этот подход может служить моделью для изучения других аллополиплоидов с неизвестными предками.

Анализ дивергенции мобильных генетических элементов (ТЭ) показал, что два субгенома разошлись около 4,8 млн лет назад, а само событие аллотетраплоидизации произошло примерно 0,48 млн лет назад, что указывает на относительно недавнее происхождение тетраплоида.

Сравнительный анализ выявил, что субгеном B больше по размеру, чем субгеном A, из-за предвзятого накопления ретротранспозонов с длинными концевыми повторами (LTR) в предке субгенома B до полиплоидизации. Именно в богатом ТЭ субгеноме B накопилось больше мутаций, что привело к большей потере генов.

Исследователи не обнаружили ни совместной экспрессии гомеологов из обоих субгеномов, ни доминирования экспрессии одного субгенома. Однако они выяснили, что гены с минимальной экспрессией у P. hallii с большей вероятностью терялись в процессе диплоидизации проса.

Эта работа демонстрирует пример диплоидизации, при которой тетраплоидный геном претерпел незначительную предвзятую фракционизацию без установления доминирования экспрессии субгенома.

Исследование "Biased mutations and gene losses underlying diploidization of the tetraploid broomcorn millet genome" опубликовано в The Plant Journal.