Учёные восстановили древние геномы и нашли гены адаптации к засухе у пшеницы и ячменя

Международная команда учёных из INRAE, Университета Клермон-Овернь и CNRS восстановила 10 древних геномов (палеогеномов) — общих предков для 84 ботанических видов растений, представляющих сельскохозяйственный интерес. Работа позволила выявить гены, общие для разных видов растений и сохранившиеся на протяжении их эволюционной истории, которые могут играть ключевую роль в адаптации к экологическим ограничениям, таким как засуха.

Как проводилось исследование

Исследователи проанализировали и сравнили 84 генома современных цветковых растений, репрезентативных для культивируемых растений во всём мире. Это позволило им восстановить 10 предковых палеогеномов возрастом более 200 миллионов лет, которые можно описать как «основатели» генов для современных видов.

Особое внимание учёные уделили пшенице и ячменю — зерновым культурам, имеющим огромное агрономическое значение. Оба растения были одними из первых одомашненных более 10 тысяч лет назад в Плодородном полумесяце. Исследователи изучили и сравнили 1 420 современных сортов, репрезентативных для глобального генетического разнообразия пшеницы и ячменя, а также остатки древней пшеницы возрастом 5 000 лет.

Что удалось выявить

Сравнительное исследование, сосредоточенное на генах пшеницы и ячменя, позволило выявить около сотни вариантов генов, которые были ключевыми для помощи этим культурам в адаптации к изменениям климата на протяжении 10 000-летней истории их одомашнивания и отбора человеком.

В пшенице команда подтвердила роль трёх известных генов из других видов. Два из них влияют на урожайность и дату цветения соответственно, а третий задействован в эпигенетической регуляции — потенциально модулирующей активацию генов.

Сравнение палеогеномов, общих для этих видов, предоставило информацию как о сохранённых генах, так и о выбранных адаптивных генах в популяциях пшеницы и ячменя, которые эволюционировали в условиях схожих климатических ограничений на протяжении 10 тысячелетий одомашнивания и отбора.

Практическое применение

Выявление этих вариантов открывает новые возможности для программ селекции сортов, особенно в контексте адаптации сельского хозяйства к изменению климата. Результаты исследования опубликованы в журналах Molecular Plant и Nature Plants.

В рамках работы разработаны два бесплатных инструмента с открытым доступом для научного сообщества и селекционеров. Первый, AGR (Ancestral genome reconstruction), позволяет сравнивать современные геномы растений и восстанавливать вымершие основатели палеогеномов, предоставляя проверенный экспертами каталог генов, консервативных среди видов. Второй, OrthoViewer, — это база данных, обеспечивающая доступ к этим консервативным генам для 84 видов растений агрономического интереса и содержащая 1 142 гена, описанные в научной литературе по их биологической функции и агрономическому значению.

Перспективы исследования

Рабочий процесс, описанный в этом исследовании пшеницы и ячменя, может быть применён ко всем типам растений. Команда продолжает работу над палеогеномами, стремясь выявить гены интереса, с особым акцентом на генные варианты с сохранённой адаптивной функцией в пшенице, ячмене, рисе, кукурузе и сорго.

Это данные исследования, а не практические рекомендации.