Проект «1001 геном»: на пути к полному каталогу генома арабидопсиса
Растение Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля) встречается по всему северному полушарию, выдерживая жару и засуху в Северной Африке, холод в высокогорьях Центральной Азии и условия умеренного пояса в Европе. Чтобы понять, какие гены и их варианты обеспечивают такую адаптацию, в 2008 году был запущен международный проект «1001 геном» с участием одиннадцати исследовательских институтов.
Генетическое разнообразие и адаптация
Учёные, включая исследователей из Института биологии развития Общества Макса Планка, Лаборатории Фридриха Мишера и Университета Хоэнхайма, секвенировали и проанализировали геномы почти 100 различных штаммов Arabidopsis из Европы и Азии.
Ключевые находки:
- Обнаружены миллионы мелких различий и сотни случаев, когда гены отсутствуют в одних штаммах или имеют дополнительные копии в других.
- Тысячи белков различаются по структуре и функции у разных штаммов.
- Наибольшее генетическое разнообразие выявлено на Пиренейском полуострове, где растение существует очень долго.
- В Центральной Азии, колонизированной после последнего ледникового периода, геномы растений относительно однородны и содержат выше среднего количество вредных мутаций, которые ещё не были устранены естественным отбором.
«Адаптация за счёт новых мутаций встречается очень редко. Более важна рекомбинация уже существующих вариантов», — отмечает Карл Шмид из Университета Хоэнхайма.
Влияние вариаций на молекулярном уровне
В отдельном исследовании под руководством вычислительного биолога Гуннара Рача был детально изучен вопрос, как геномные вариации влияют на продукты генов (РНК и белки). Учёные проанализировали 19 штаммов с высокой изменчивостью и созданную на их основе искусственную популяцию из нескольких сотен линий.
Результаты:
- В зависимости от геномного контекста некоторые участки генов либо отключались, либо реактивировались.
- Обнаружено удивительно много изменений, затрагивающих отдельные гены, но они часто компенсируются и не оказывают значительного влияния на конечные продукты генов.
- Разработанные концепции и методы можно применять для изучения сельскохозяйственных культур и быстрого картирования желательных признаков, а также для исследований генома человека.
Цели и перспективы проекта
Цель масштабного проекта «1001 геном» — получить фундаментальные знания об эволюции, генетике и молекулярных механизмах. На сегодня секвенировано и проанализировано уже почти 500 различных геномов. Все данные поступают в общедоступную базу.
«Собрав все части, мы сможем сложить их воедино», — говорит Цао Цзюнь из Института биологии развития Общества Макса Планка. Полный каталог геномной вариативности вида закладывает основу для новой эры в генетике и может быть применён в современной селекции растений.