Saccharina japonica является основным видом бурых водорослей ламинарии с самой высокой продуктивностью среди водорослей аквакультуры и имеет важную экологическую и экономическую ценность. Несмотря на успехи в одомашнивании, для его генетического улучшения необходима высококачественная сборка генома на уровне хромосомы. Предыдущие сборки генома S. japonica были либо на черновом уровне, либо сильно фрагментированы. Теперь команда исследователей из Китая добилась значительного прогресса в сборка генома на уровне хромосом для экологически и экономически важной водоросли Saccharina japonica.
Бурая макроводоросль Saccharina japonica является основным компонентом литоральной флоры морских водорослей на северо-западном побережье Тихого океана, включая Россию, Японию, Корею и Китай. Это одна из наиболее экономически важных морских водорослей в аквакультуре, широко используемая в качестве пищи для человека, корма для морских животных и сырья для производства различных конечных продуктов.
Благодаря искусственному выращиванию производство S. japonica достигло 10,86 миллиона тонн в свежем весе и имело рыночную стоимость более 4,4 миллиарда долларов США в 2020 году. За последние десятилетия этот вид стал одной из самых культивируемых макроводорослей в Китае. Используя традиционные методы селекции и/или гибридизации, в Китае было успешно выведено и выращено более десятка сертифицированных сортов, которые внесли свой вклад в успех выращивания этого холодноводного вида как в умеренных, так и в субтропических регионах вдоль побережья Китая.
Однако хотя традиционное селективное разведение и гибридизация дали несколько высококачественных сортов, отсутствие полной сборки генома препятствовало дальнейшему генетическому прогрессу.
Основная проблема секвенирования генома ламинарии заключается в извлечении ДНК. Из-за высокого содержания полисахаридов, включая альгинат, очистка ДНК, как известно, затруднена, что ставит под угрозу качество секвенирования и точность сборки. Предыдущие сборки генома были сильно фрагментированы из-за технологических ограничений, что препятствовало прогрессу в молекулярной селекции и геномных исследованиях.
Для решения этих проблем исследовательская группа под руководством профессора Пан Шаоцзюня из Института океанологии Китайской академии наук (IOCAS) разработала новый метод подготовки образцов. Используя партеногенетические методы, группа вырастила гомозиготный диплоидный женский спорофит для секвенирования генома. Такой подход минимизировал гетерогенность, значительно повысив точность и надежность сборки генома. Их исследование опубликовано в Scientific Data.
Исследователи добились высококачественной сборки генома S. japonica на уровне хромосом, объединив данные PacBio HiFi, Illumina short reads и Hi-C. Окончательный размер генома составляет 516,11 Мб, при этом 96,15% последовательности привязаны к 32 хромосомам. Эта сборка не только более полная, но и демонстрирует непрерывность по сравнению с предыдущими версиями.
Сборка генома S. japonica на уровне хромосом. (A) График Circos, иллюстрирующий структуру хромосом, глубину коротких прочтений, плотность генов, плотность повторяющихся элементов и содержание GC. Наглядно представлена организация генома от самых внешних до самых внутренних слоев с разделами, соответствующими женскому гаметофиту (a, b) и женскому спорофиту (c). Источник: Scientific Data (2025). DOI: 10.1038/s41597-025-04620-w
Этот прогресс обеспечивает критически важный ресурс для молекулярной селекции и генной инженерии водорослей, позволяя усовершенствовать методы выращивания и способствуя устойчивым методам аквакультуры.
«Благодаря выявлению более 17 000 генов, кодирующих белки, и наличию функциональных аннотаций для большинства из них наша работа прокладывает путь для будущих экологических и эволюционных исследований бурых водорослей», - сказал доктор Ли Сяодун, первый автор исследования.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Ли Яли.