Первый полностью расшифрованный геном сладкого картофеля продемонстрировал, как в процессе эволюции он собирал лучшие свойства своих предков, приспосабливаясь к экстремальным условиям.
Сладкий картофель (батат, кумара, лат. Ipomea) обеспечивает пищей миллионы людей по всему миру, особенно в африканских странах к югу от Сахары, где его природная стойкость к экстремальным климатическим условиям проявляется наиболее ярко. Тем не менее, этот скромный корнеплод на протяжении десятилетий хранил свои «тайны». В настоящее время ученые наконец расшифровали его сложный геном, открыв историю его происхождения и предоставив агрономам мощные инструменты для улучшения данной жизненно важной культуры.
ДНК батата обладает чрезвычайной сложностью. В то время как у человека по два набора хромосом от каждого родителя, у батата их шесть. Это состояние, известное как гексаплоидия, превращает расшифровку его генетического кода в задачу по восстановлению шести различных, но схожих наборов энциклопедий, перемешанных вместе.
Команда под руководством профессора Чжанцзюня Фэя из Института Бойса Томпсона достигла значительных успехов в этой области. О прорыве сообщается в журнале Nature Plants. Используя современные методы секвенирования ДНК и алгоритмы машинного обучения, ученые создали первую полную генетическую модель сорта «Танзания» — батата, который высоко ценится в Африке за свою устойчивость к болезням и низкое содержание влаги, что оставляет максимум места для полезных питательных веществ.
Главной целью было распутать 90 хромосом данного растения и организовать их в шесть исходных наборов, именуемых гаплотипами. Команда смогла полностью разделить эту сложную головоломку, что ранее не удавалось никому.
Исследование выявило удивительную характеристику. Геном батата имеет мозаичную структуру, состоящую из геномов множества диких предков, некоторые из которых пока не идентифицированы наукой. Примерно треть материала была получена от Ipomoea aequatoriensis, дикого вида, встречающегося в Эквадоре. Другая значительная часть напоминает дикий центральноамериканский вид I. batatas 4x, хотя истинный донор, возможно, до сих пор не найден в дикой природе.
В отличие от пшеницы, где наследственные последовательности можно обнаружить в отдельных участках, у батата они переплетены в одних и тех же хромосомах, что создает уникальную геномную архитектуру.
Такое переплетение наследственности позволяет условно классифицировать батат как «сегментный аллополиплоид» — по сути, гибрид, возникший от различных видов, но ведет себя так, как будто произошел от одного вида. Это слияние и рекомбинация придают батату его выдающуюся адаптивность и стойкость к болезням — качества, критически важные для фермеров, занимающихся натуральным хозяйством по всему миру.
Шесть наборов хромосом батата также способствуют его повышенной стойкости. Наличие нескольких версий ключевых генов позволяет растению сохранять резервные копии, которые помогают ему пережить засухи, противостоять вредителям и адаптироваться к различным условиям — эта особенность известна как полиплоидный буфер.
Фото: hi-tech.mail.ru